Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos 2009 / Rodrigo Proença de Oliveira

Transcrição

1 Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos 2009 / 2010 Rodrigo Proença de Oliveira

2 Avaliação do escoamento IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

3 Ciclo hidrológico: A importância da evaporação e evapotranspiração Precipitação Precipitação Evapotranspiração Evaporação Intercepção Água retida em depressões Infiltração Escoamento superficial (directo) Evaporação Recarga Escoamento sub-superficial ou intermédio Escoamento de base Escoamento: se for avaliado para um ano hidrológico corresponde à diferença entre a precipitação e a evapotranspiração, e integra o escoamento superficial, o subsuperficial e de base Hidrologia e Recursos Hídricos, Oct-09 3

4 Escoamento Escoamento: Quantidade de água que atravessa uma secção de um curso de água num dado intervalo de tempo. Escoamento( H ) t ( ) Q t dt = 2 t 1 É usual definir o escoamento em caudal médio (fictício): Caudal médio diário Caudal médio mensal Caudal médio annual (módulo anual) Caudal médio plurianual (módulo) IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

5 Medição do caudal A medição de caudal exige um esforço que dificilmente é automatizado. É necessário: Medir a altura de escoamento em várias verticais; Calcular a área da secção transversal; Medir a velocidade em vários pontos da secção transversal; Estimar a velocidade média na secção transversal; Calcular o caudal. Q = U A IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

6 Medição do caudal As medições de rotina de caudal são realizadas de forma indirecta: Mede-se a altura hidrométrica Infere-se o caudal por uma relação entre o escoamento e o caudal (curva de vazão) que se assume estável. A rede hidrométrica reúne o conjunto das estações hidrométricas, onde são realizadas as medições de rotina do caudal. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

7 Medição da altura hidrométrica: Escalas hidrométricas IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

8 Medição da altura hidrométrica: Escalas hidrométricas IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

9 Medição da altura de escoamento: Limnígrafos Sem-fim Tipos de limnigrafos: Boia Pressão IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

10 Medição da velocidade de escoamento: Molinetes hidráulicos IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

11 Distribuição da velocidade na secção transversal V V IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

12 Distribuição da velocidade no perfil vertical Aproximação do USGS: V = ( 0,8 0,9) Vsup V = V 0.6 ( ) V = 0,5 V + V IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

13 Curva de vazão h(m) medição de caudal Q = a(h-h o ) b h o zero de referência a altura hidrométrica a, b parametros a estimar b ~ 1,5 a 3 h o Q(m/s) Deve-se procurar secções estáveis não afectadas por regolfos; Em secções de fundo móvel é necessário recalcular a curva de vazão com frequência, ou construir descarregadores que tornar invariável a curva de vazão. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

14 Cálculo da curva de vazão LogQ = Loga + b Log ( h ) h 0 h h h Q Q Q Por regressão obtém-se a, b e h o. Em secções irregulares pode-se definir vários troços h n Q n IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

15 Problema Em determinada secção transversal de um curso de água observaram-se as seguintes alturas hidrométricas. Sabendo que na referida secção a curva de vazão é definida por Q = h ( 0.303) com Q em m 3 /s e h em m, estime pelo método dos trapézios o escoamento na secção entre as 0:00 de dia 10 e as 24:00 de dia 13 (m 3 ). Estime também o caudal médio no referido período (m 3 /s). Dia Hora h(m) (YYMMDD) : : : : : : : IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

16 Problema Numa estação hidrométrica obtiveram-se os seguintes pares de valores para a altura hidrométrica e para o caudal que lhe corresponde. Admitindo que a curva de vazão pode ser representada por uma função do tipo Q = a(h-h o ) b. Determine os parâmetros a, b e h 0 que minimizam a soma dos quadrados dos desvios entre o caudal medido e o caudal estimado e o coeficiente de correlação linear entre o caudal medido e o caudal estimado. Represente graficamente os pontos amostrais e a função que lhes foi ajustada. Data h(m) Q(m3/s) Data h(m) Q(m3/s) IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

17 Problema: Resolução 1.5 Se ho = 0,389 > b = 1,1522 a = É necessário encontrar o ho que corresponde ao maior R 2 : Log (h-ho)) y = x R² = Log Q IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

18 Escoamento médio anual Distribuição do Escoamento Área (km2) Area (km2) Escoamento Anual (mm) Escoamento anual (mm) IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

19 Balanço hidrológico e suas simplificações P = H + E + S p + S + S u + E x R Défice de escoamento: D = P H Se forem desprezadas as as quantidades de água movimentadas pela acção humana: E x R = 0 Para um intervalo de tempo longo e supondo desprezáveis, ou compensadas, os vários tipos de armazenamento: S p + S + S u = 0 Logo P = H + E Para um ano hidrológico: P = H + E IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

20 Avaliação do escoamento anual médio a partir de elementos climáticos H D Dm Dm P0 Pm P P0 Pm P Fórmulas usuais: Keller Wundt Langbein H = H = H = b P 1 2 b P 2 b 3 a 1 a 2 (P 2 P0) Turc IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira, D = 2 P 0,9 + 2 P L 2 L = T + lim D = L P = 2 P 2 L 3 0,05 T > 0,1

21 Curvas regionais de Quintela IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

22 Curva de duração média anual do caudal médio diário Para um ano hidrológico: Curva de duração média do caudal médio diário Para um intervalo de anos: Curva de duração média anual do caudal médio diário Duração média anual de um valor de caudal médio diário é o número médio de dias por ano em que esse caudal é igualado ou excedido. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

23 Módulo e caudal mediano (ou semi-permanente) Curva de duração Caud udal (m3/s) Caudal médio utilizável Módulo Caudal Mediano Caudal médio utilizável (m3/s) Módulo Duração (d) Caudal máximo derivável (m3/s) Duração do caudal semi-permanente ou mediano > Duração do caudal médio ou módulo Caudal médio ou módulo > Caudal semi-permanente ou mediano IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

24 Dispersão em torno do caudal médio Desvio-padrão e coeficiente de variação Desvio-padrão (mm) s H = 2,74 C V 0,73 H 0,27 = 2,74 H Coeficiente de varia ação ( - ) Escoamento anual médio (mm) IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

25 Função de distribuição do escoamento anual Escoamento anual de cursos de água portugueses (segundo Quintela): Lei de Pearson III; Média e desvio padrão calculados pelos gráficos anteriores; Coeficiente de assimetria: P Pearson II: 0,06 Ca 1,75 Média de Ca = 0,70 H [ P( H ); Lei C ] H = H + s K, Ca k = 6 CV Escoamento anual > CV Precipitação anual CVH anual H ( mm) CV P a anual ( z 1) k + ( z 6z ) k ( z 1) k + z k k K p = z p + p p p p p IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

26 Problema Estime o escoamento anual médio (mm) numa bacia hidrográfica de Portugal Continental, com solos dando origem a escoamento elevado, onde a temperatura média anual é 12 ºC e a precipitação anual média é 850 mm. Utilize as relações regionais de Quintela. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

27 Problema Em determinada região a precipitação anual média é 1200 mm e a temperatura média anual é 14 ºC. Estime pelo método de Turc o escoamento anual médio (m 3 ) numa bacia hidrográfica dessa região e com 280 km 2 de área. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

28 Problema Utilizando as curvas de duração média anual de Quintela, estime o caudal médio diário (m 3 /s) que em média é igualado ou excedido em 40 dias por ano, numa bacia hidrográfica com 410 mm de escoamento anual médio e 320 km 2 de área. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,

29 Problema O caudal médio anual numa bacia hidrográfica em Portugal Continental com 100 km 2 de área é 2 m 3 /s. Estime em m 3 o escoamento anual com a probabilidade de 80% de ser excedido. Justifique. IST: Hidrologia, Ambiente e Recursos Hídricos Rodrigo Proença de Oliveira,