HIDROLOGIA AULA semestre - Engenharia Civil. REVISÃO PROVA 1º BIMESTRE Profª. Priscila Pini

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1 HIDROLOGIA AULA 09 5 semestre - Engenharia Civil REVISÃO PROVA 1º BIMESTRE Profª. Priscila Pini

2 AULA 2 Bacia Hidrográfica É a área de captação natural dos fluxos de água originados a partir da precipitação, que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída: EXUTÓRIO. Delimitação da BH Definição de um curso de água principal Seção de referência ao longo do curso (exutório) Relevo da região

3 AULA 2 Bacia Hidrográfica

4 AULA 2 Divisor de águas superficiais Linha imaginária sobre o relevo que divide o escoamento das águas de chuva. Divisor corta o curso d água apenas em um ponto: EXUTÓRIO O divisor intercepta as curvas de nível em um ângulo aproximadamente reto, seguindo as linhas de crista das elevações. Obs. A água que infiltra no solo pode seguir um escoamento que depende das rochas do subsolo, mas em geral considera-se que o divisor subterrâneo coincide com o superficial.

5 AULA 2: Principais características de uma B.H. Área de drenagem (Ad): Área de captação da chuva Área da bacia x lâmina precipitada = volume precipitado Medidores: Planímetro, CAD, SIG Declividade média (rio principal) (S) S = Altitude do início da rede drenagem Altitude exutório comprimento da drenagem rio considerada

6 AULA 2: Principais características de uma B.H. Forma da bacia Formato mais alongado x Formato circular Escoamento chega praticamente ao mesmo tempo no exutório: maior risco de inundações Resposta mais lenta às chuvas

7 AULA 2: Principais características de uma B.H. Ordem dos cursos de água (Robert Horton e Strahler ) Um curso d água a partir da nascente é de ordem 1 Quando dois cursos d água de ordem 1 se encontram formam um curso de ordem 2 Quando dois cursos de ordem 2 se encontram, formam um de ordem 3 Quando um curso de ordem superior encontra um de ordem inferior, a ordem do superior se mantêm.

8 AULA 2: Principais características de uma B.H. Tempo de concentração (t c ) O tempo de viagem da gota de água da chuva que atinge a região mais distante até chegar ao exutório t c é maior em bacias grandes e menor em bacias pequenas t c é maior em bacias planas e menor em bacias montanhosas Há diversas equações empíricas, obtidas de dados experimentais, baseadas nas características geomorfométricas das bacias para o cálculo do t c. As equações resultam em estimativas diferentes para uma mesma bacia a escolha da equação deve ser feita comparando a BH em estudo com as BHs estudadas no desenvolvimento da equação.

9 AULA 2: Principais características de uma B.H. Tempo de concentração (t c ) Equação de Kirpich Uma das equações mais utilizadas Desenvolvida a partir de dados experimentais de 7 bacias rurais pequenas nos EUA (menores do que 0,5 km²) t c : tempo de concentração [min] t c = 57 L 3 h 0,385 L: comprimento do curso d água principal [km] h: diferença de altitude ao longo do rio principal [m] Obs. Pode ser utilizada em bacias rurais de médio a grande porte de até km² com erros relativamente pequenos.

10 AULA 3 VAZÃO (Q ou Qmed) É o volume de água escoado na unidade de tempo em uma determinada seção do curso de água. FREQUÊNCIA Q = V t Q: vazão V: volume (m³, litros) t: tempo (segundos, minutos, ano) Frequência de uma vazão Q em uma seção de um curso de água é o número de ocorrências da mesma em um intervalo de tempo. Hidrologia Período de retorno ou período de recorrência (T) Na seção considerada ocorrerão valores iguais ou superiores a Q apenas uma vez a cada T anos.

11 AULA 3: Balanço Hídrico Balanço entre entradas e saídas em uma BH Principal entrada: precipitação A saída pode ocorrer por: Evapotranspiração e Escoamento Deve ser satisfeita a equação: P Q EVT P = EVT + Q P: precipitação [mm.ano 1 ] EVT: evapotranspiração [mm.ano 1 ] Q: escoamento [mm.ano 1 ]

12 AULA 3: Balanço Hídrico Coeficiente de escoamento médio (C) Percentual de chuva que se transforma em escoamento C = Q P C: Coef. Escoamento médio Q: escoamento médio anual [mm.ano 1 ] P: precipitação média anual [mm.ano 1 ]

13 AULA 4 e 5: Precipitações CHUVAS FRONTAIS OU CICLÔNICAS Encontro de duas grandes massas de ar de diferente temperatura e umidade. Massas de ar com centenas de quilômetros de extensão que movimentam-se de forma lenta Longa duração de chuvas e grandes extensões Intensidade baixa No Brasil são frequentes na região Sul (inverno)

14 AULA 4 e 5: Precipitações CHUVAS CONVECTIVAS Aquecimento de massas de ar que estão em contato direto com a superfície quente dos continentes e oceanos Chuvas de alta intensidade e curta duração (chuvas de verão) Ocorrem predominantemente durante a tarde Em áreas pequenas (concentradas) Impacto em pequenas bacias urbanas originam inundações No Brasil: na região Sul ocorre com maior frequência no verão

15 AULA 4 e 5: Precipitações CHUVAS OROGRÁFICAS Ocorrem rem regiões onde um grande obstáculo do relevo, como uma cordilheira ou serra muito alta, impede a passagem de ventos quentes e úmidos que sopram do mar O ar sobe para níveis mais altos da atmosfera umidade do ar se condensa formando nuvens junto aos picos da serra onde chove com muita frequência No Brasil: Serra do Mar ao longo do litoral

16 AULA 4 e 5: Precipitações MEDIDAS DE PRECIPITAÇÃO Altura de água caída e acumulada sobre uma superfície plana e impermeável Pluviômetros Pluviógrafos Medição manual realizada 1 vez por dia as 7h (BR) Medições automáticas registradas em intervalos de tempo menores do que 1 dia Essencial para estudo de chuvas de curta duração Variáveis que caracterizam a chuva: 1. Altura de água (lâmina precipitada) 2. Duração 3. Intensidade 4. Frequência

17 AULA 4 e 5: Precipitações Alguns métodos para o cálculo de chuvas médias: Média aritmética Isoietas Polígonos de Thiessen CHUVAS INTENSAS Deve-se conhecer a intensidade da chuva para o projeto de estruturas hidráulicas como bueiros, pontes, canais, vertedores. Curva IDF: Intensidade Duração - Frequência Curvas IDF são diferentes para diferentes locais

18 AULA 4 e 5: Precipitações Curva IDF Porto Alegre/RS TR = 1 Probab

19 AULA 4 e 5: Precipitações Tipo de Obra Tipo de Ocupação da Área TR (anos) Residencial 2 Comercial 5 Áreas com edifícios de Microdrenagem serviços ao público 5 Aeroportos 2-5 Áreas comerciais e vias de tráfego 5-10 Macrodrenagem Áreas residenciais e comerciais Áreas de importância específica 500 Barragens Fonte: DAEE/CETESB, 1980

20 AULA 4 e 5: Precipitações Além da forma gráfica, também pode ser expressa na forma de uma equação: I: intensidade da chuva (mm. hora 1 ) I = a TRb t d + c d Localidade a,b,c,d: parâmetros característicos da IDF de cada local TR: tempo de retorno (anos) t d : duração da precipitação (minutos) Parâmetros da equação a b c d Curitiba/PR 5726,64 0, ,041 Florianópolis/SC 222 0, ,3835 São Paulo/SP 3462,6 0, ,025

21 AULA 6 e 7: Infiltração INFILTRAÇÃO Penetração da água no solo a partir da superfície PERCOLAÇÃO Movimento descendente da água a partir da zona não saturada para a zona saturada

22 AULA 6 e 7: Infiltração No início da chuva o solo seco absorve toda a água rapidamente A maioria dos poros está cheio de ar À medidas que os poros vão sendo preenchidos, a infiltração tende a diminuir, limitada à capacidade do solo de transferir a água para camadas mais profundas Taxa de infiltração Quantidade de água que penetra no solo ao longo do tempo Unidade: mm. hora 1

23 AULA 6 e 7: Infiltração Medição da capacidade de infiltração do solo: Método do INFILTRÔMETRO DE ANÉIS CONCÊNTRICOS ou INFILTRÔMETRO DE DUPLO ANEL Modelo da capacidade de infiltração de Horton Equação empírica que descreve o comportamento da capacidade de infiltração decrescente, que ocorre durante as chuvas

24 AULA 6 e 7: Infiltração f = fc + (fo fc) e k.t f: capacidade de infiltração num instante qualquer (mm. hora 1 ) fc: capacidade de infiltração em condição de saturação (mm. hora 1 ) fo: capacidade de infiltração quando o solo está seco (mm. hora 1 ) t: tempo (horas) k: constante de decaimento da Infiltração (deve ser determinado a partir de medições no campo ) (hora 1 )

25 AULA 8: Evapotranspiração Retorno da água precipitada para a atmosfera, fechando o ciclo hidrológico. EVAPORAÇÃO + TRANSPIRAÇÃO MEDIÇÃO DA EVAPORAÇÃO Lâmina de água evaporada ao longo de um determinado intervalo de tempo. As formas mais comuns são: Tanque classe A Evaporímetro de Piché

26 AULA 8: Evapotranspiração TANQUE CLASSE A Aço ou ferro galvanizado Instalado plataforma madeira em de Água variando entre 5,0 e 7,5 cm da borda superior (sensor de nível)

27 AULA 8: Evapotranspiração EVAPORÍMETRO DE PICHÉ

28 AULA 8: Evapotranspiração EVT em reservatórios é estimada pelo método do tanque classe A, porém é necessário aplicar um coeficiente de redução devido às medidas do tanque. Obs. Água do reservatório está mais fria do que água do tanque, que está totalmente exposta à radiação solar, portanto a EVT no tanque ocorre mais rapidamente. E reservatório = α E tanque Onde α é uma constante com valor entre 0,6 e 0,8 Reservatório muito raso: α mais próximo de 0,8 Reservatórios mais profundos: α mais próximo de 0,6

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