9 - Escoamento Superficial

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1 9 - Escoamento Superficial 9.1 Generalidades e ocorrência ESCOAMENTO SUPERFICIAL Estuda o deslocamento das águas na superfície da terra CHUVA Posteriormente evapora Interceptada pela vegetação e outros obstáculos Atinge o solo Retida em depressões do terreno Infiltra Escoa pela superfície Rede de drenagem: Canalículos Córregos Ribeirões Rios Lagos 1

2 Vazão por região Conjuntura de Recursos Hídricos no Brasil Informe

3 Vazão média e população ANA Caderno de Recursos Hídricos Disponibilidade e Demandas de Recursos Hídricos no Brasil. 3

4 Vazão de alguns rios brasileiros Rio Vazão (m³/s) Rio Amazonas (Rio Amazonas) Rio Solimões (Rio Amazonas) Rio Madeira (Rio Amazonas) Rio Negro (Rio Amazonas) Rio Japurá (Rio Amazonas) Rio Tapajós (Rio Amazonas) Rio Purus (Rio Amazonas) Rio Tocantins (Rio Tocantins) Rio Paraná (Rio Paraná) Rio Xingu (Rio Amazonas) 9700 Rio Içá (Rio Amazonas) 8800 Rio Juruá (Rio Amazonas) 8440 Rio Araguaia (Rio Tocantins) 5500 Rio Uruguai (Rio Uruguai) 4150 Rio S. Francisco (Rio S. Francisco) 2850 Rio Paraguai (Rio Paraná) 1290 Fonte: Portal Amazônia Sub-bacia Área Vazão (m 3 /s) (km 2 ) Q 95% Q 60% Q 38% Rio Iraí 164 0,48 1,82 3,16 Rio Piraquara 102 0,30 1,14 1,97 Rio Atuba 14 0,04 0,15 0,27 Rio Palmital 29 0,09 0,33 0,57 Rio Barigui 64 0,19 0,71 1,23 Alto Iguaçu ,82 10,68 18,49 Fonte: Plano da Bacia do Alto Iguaçu e afluentes do Ribeira 4

5 Vazão - Distribuição espacial e temporal Fonte: Chapra,

6 ANA. Conjuntura dos Recursos Hídricos no Brasil Informe

7 9.2 - Componentes do escoamento dos cursos de água Quatro vias que a água da chuva atinge os cursos de água: 7

8 9.3 - Hidrograma Gráfico que representa a vazão registrada em uma seção do rio em função do tempo. Resultado da interação de todos os componentes do ciclo hidrológico entre a ocorrência da precipitação e a vazão na bacia hidrográfica Contribuição total que produz escoamento da água na seção considerada: P direta sobre a superfície livre Escoamento superficial Q = Q sub + Q ES Escoamento subsuperficial Escoamento subterrâneo 8

9 No início da precipitação Para as enchentes maiores Nível do lençol após a chuva Nível do lençol antes da chuva Pinto et al

10 9.4 - Grandezas características Nível de água Altura atingida pela água na seção em relação a uma determinada referência Vazão (Q) Vazão específica ou contribuição unitária (Q/A) Chuva efetiva (P ef ) P ef = Vol esc.sup. / Área Freqüência de uma Q Número de ocorrência da Q num período de tempo Período de retorno Tempo de concentração Intervalo de tempo contado desde o início da chuva até que toda a bacia comece a contribuir para a seção em estudo. Duração da trajetória da partícula que demora mais tempo para atingir a seção em estudo. 10

11 Coeficiente de deflúvio (c) Coeficiente de escoamento superficial (runoff) Relação entre a quantidade de água escoada superficialmente e a quantidade de água precipitada na bacia c = P ef / P c = Vol esc.sup. / Vol precipitado Coeficiente pode ser relativo a: uma chuva isolada um intervalo de tempo onde várias chuvas ocorreram Conhecido c para uma determinada chuva intensa de uma certa duração: Determina-se escoamento superficial de outras precipitações de intensidades diferentes, desde que a duração seja a mesma 11

12 Relevo: Fatores de influência do hidrograma Densidade de drenagem, declividade do rio ou da bacia, capacidade de armazenamento e forma Forma da bacia Tipo radial: concentra o escoamento antecipando e aumentando o pico em relação a uma bacia mais alongada, que tem escoamento predominante no canal principal e percurso mais longo até a seção principal, amortecendo as vazões. 12

13 Boa drenagem e grande declividade Hidrograma íngreme com pouco escoamento de base. Ex: bacias de cabeceira Grandes áreas de inundação Amortecem o escoamento e regularizam o fluxo. 13

14 Cobertura da bacia A vegetação tende a retardar o escoamento e aumentar as perdas por evapotranspiração. Nas bacias urbanas, onde a cobertura é alterada (impermeável), acrescida de uma rede de drenagem mais eficiente, o escoamento superficial e o pico aumentam. 14

15 Modificações artificiais no rio Um reservatório para regularização de vazão tende a reduzir o pico e distribuir o volume, enquanto a canalização tende a aumentar o pico (bacia urbana). 15

16 Distribuição, duração e intensidade da precipitação Distribuição espacial: quando a precipitação se concentra na parte inferior da bacia, deslocando-se posteriormente para montante, o hidrograma pode até ter 2 picos. Distribuição temporal da precipitação: quando P é cte, a capacidade de armazenamento e tc da bacia são atingidos, estabilizando valor do pico. Após o término da chuva, o hidrograma entra em recessão. 16

17 Bacias pequenas (<500km 2 ): precipitações convectivas de alta intensidade, pequena duração e distribuída numa pequena área, podem provocar grandes enchentes. Bacias maiores: precipitações mais importantes são as frontais, que atingem grandes áreas com intensidade média. 17

18 9.6 - Componentes do hidrograma O hidrograma pode ser caracterizado por 3 partes: Ascensão Região do pico Recessão Término do escoamento superficial e início da recessão Início da ascensão do hidrograma, ou do escoamento superficial. (de base) Curva de depleção da água do solo (direto) 18

19 I e (mm/h) T t c N Tempo de retardamento (t l ) Tempo de pico (T p ) Retardamento do pico (t p ) Tempo de concentração (t c ) Tempo de base (t b ) t l t p T p t b 19

20 9.7 Separação do escoamento superficial I e (mm/h) Escoamento superficial Escoamento subsuperficial Escoamento subterrâneo Q = Q sub + Q ES 20

21 Método 1: Extrapolar a curva de recessão a partir do ponto C até encontrar o ponto B, localizado abaixo da vertical do pico Ligar os pontos A, B e C. O volume acima da linha ABC é o escoamento superficial e o volume abaixo é o escoamento subterrâneo. Método 2: Ligar o ponto A e C por uma reta. Método 3: Extrapolar a tendência anterior ao ponto A até a vertical do pico, encontrando o ponto D. Ligar os pontos D e C. a) Método gráfico 21

22 Método alternativo: Prolongar tendência do hidrograma antes do ponto A até o ponto B (abaixo do pico) e da recessão a partir de C. Desenhar a curva restante definindo o ponto D 22

23 b) Determinação do ponto C Critério 1 - Linsley et al. (1975) N=0,827 A 0,2 N tempo entre pico do hidrograma e o tempo do ponto C (dias) A área da bacia (km 2 ) I e (mm/h) T t c N Critério 2 Pelo tempo de concentração: Tempo entre fim da precipitação efetiva e o final do escoamento superficial (ponto C). t c =0,188L 0,77 S -0,385 23

24 Critério 3 No hidrograma, a curva após C é chamada de curva de depleção da água do solo. A equação da curva de depleção pode ser deduzida, considerando a seguinte hipótese simplificadora: dq dt Q Ver em Balanço hídrico - ΔS 0 Constante para o aqüífero em particular: constante de depleção Q Q 0 dq Q t dt ( t t ) t 0 Q ln 0 Q 0 Q Q e 0 ( t t 0 ) Reta 24

25 Critério 4 - Inspeção visual Plotagem das vazões numa escala mono-log (vazão na escala logarítmica). Como a recessão tende a seguir uma equação exponencial, numa escala logarítmica a mesma tende para uma reta. Quando ocorre modificação substancial da declividade da reta de recessão, o ponto C é identificado. Quando ocorre mais de uma modificação 25

26 Exercício 1 26

27 9.8 Hietograma efetivo Apresentado no quadro 27

28 9.9 Chuva efetiva sem dados de chuva Apresentado no quadro 28

29 29

30 30

31 31

32 Hietograma efetivo sem dados de chuva Apresentado no quadro 33

33 Coleção ABRH Literatura Pinto et al Hidrologia Básica. São Paulo: Ed. Edgard Blücher Ltda. Villela & Mattos Hidrologia Aplicada. São Paulo: McGrawHill. 34