Formação dos escoamentos

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1 5/4/ Escoameto superficial: Uidade 3 - Modelagem do escoameto superficial Jea. G. Miella OL 855 Modelagem de rocessos em olos GC - UFM Deslocameto da água a superfície da bacia, os rios, caais e reservatório. Fortemete cotrolada pelo uso e maeo do solo. Habilidade de trasportar sedimetos e químicos que se ecotram dispoíveis a sua traetória Formação dos escoametos evap Formação dos escoametos chuva Iterceptação Depressões Ifiltração Escoameto superficial rmazeameto o solo ercolação rmazeameto o subsolo Escoameto ub-superficial Vazão o rio De uma maeira geral, do volume total precipitado em uma bacia hidrográfica: 67% retora para a atmosfera através dos processos de evaporação e traspiração, 9% é trasformado em vazão a rede de dreagem (córregos e rios) via escoameto subsuperficial e superficial, 4% é trasferido para as camadas mais profudas para ser armazeado os aquíferos (Ward & Trimble, 4). Origem do escoameto superficial em uma bacia hidrográfica pode ocorrer de diferetes formas (a) quado a itesidade da chuva for superior a capacidade de ifiltração, cohecido como escoameto Hortoiao; (b) quado a itesidade da chuva for maior que a capacidade de ifiltração em locais perto das áreas saturadas; (c) quado a precipitação que cai sobre áreas saturadas, ou quase saturadas, cotribuido diretamete para o escoameto superficial; (d) quado o fluxo da água que etra o perfil do solo escorre lateralmete, formado o escoameto subsuperficial, e pode voltar a fluir para a superfície (exfiltração); (e) locais ode a saturação do perfil ocorre de baixo para cima, sedo esta cotrolada pela diâmica da água subterrâea.

2 5/4/ Formação dos escoametos. recipitação com itesidade meor que a capacidade de ifiltração (sem escoameto) max =4mm/h =mm/h I=4mm/h I max =6mm/h Formação dos escoametos. recipitação em solos com itesidade maior que a capacidade de ifiltração max =mm/h =4mm/h I=6mm/h I max =6mm/h Formação dos escoametos =mm/h =mm/h Formação dos escoametos =mm/h =mm/h 3. recipitação em áreas impermeáveis I=mm/h 4. recipitação em áreas saturadas I=mm/h max I max =6mm/h max I max =6mm/h Resultados obtidos por Maerig & Meyer (96) sobre o efeito da quatidade de resíduos de palha de trigo sobre os processos hidrológicos de superfície. Resíduos recipitação Ifiltração Escoameto erda de solo e Escoameto superficial t ha - mm mm mm t ha , , , , , ,

3 5/4/ Estação úmida ou durate evetos de cheia Ifiltração Formação do escoameto Esc. uperficial Zoa saturada Estação seca ou codição de estiagem Esc. uperficial Ifiltração Zoa saturada Variabilidade Itra-aual Variabilidade Itra-eveto Formação do escoameto Variabilidade Itra-eveto HIDROGRM Esc. uperficial Esc. ubsuperficial Iício do escoameto superficial scesão do hidrograma 3 ico do hidrograma 4 Recessão do hidrograma 5 Fim do escoameto superficial 6 Recessão do escoameto subterrâeo Esc. subterrâeo Diâmica da expasão e cotração das áreas de afluêcia variável (saturadas) com trasporte de sedimetos. (Fote: VETEN, 8). HIDROGRM Forma do hidrograma recipitação t p t c t l de retardo t p de pico t c de cocetração t m de ascesão Bacia motahosa t m Bacia plaa Vazão t l B C.g. C D Tempo 3

4 5/4/ Forma do hidrograma Forma da bacia x forma do hidrograma Bacia urbaa Bacia circular Bacia rural Bacia alogada impermeabilização das bacias urbaas deixa o escoameto mais rápido. uais os fatores relacioados ao uso e coservação do solo que determia que o escoameto sea mais rápido? Forma da bacia x forma do hidrograma Moitorameto hidrológico e sedimetológico recipitação (mm) ppt (mm) Vazão média diária (l/s) Vazão média (l/s) (l/s) T (mg/l) Cocetração de sedimetos em suspesão (mg/l) Cocetração de sedimetos em suspesão média diária (mg/l) Eveto pluviométrico de 3-6 de aeiro (5 l/s) Evetos de grade magitude ( l/s) Evetos de média magitude (3l/s) Escoameto subterrâeo = 8 l/s Cocetração de sedimetos em suspesão = 4 mg/l Tempo de permaêcia = 95% Escoameto superficial e subsuperficial = l/s Cocetração de sedimetos em suspesão = 3 mg/l Tempo de permaêcia = % 3// : 3// : 4// : 4// : 5// : 5// : 6// : 6// : 7// : 7// : 4

5 5/4/ Moitorameto do escoameto superficial 8 ha Medição da velocidade do escoameto = V. m 3 /s = m/s. m ha 9 ha Uso da curva-chave para o moitorameto cotíuo Determiação do de cocetração Fórmulas empíricas para de cocetração Kirpich 3 L tc 57 H,385 tc em miutos e L comprimeto em km Dooge Maig tc,88,4,7 L tc / 3 R / L comprimeto, R raio hidráulico, s declividade, coeficiete de maig. recipitação Ifiltração Escoameto 5

6 5/4/ Ifiltração Escoameto Ifiltração Escoameto Ifiltração costate Estimativade escoameto superficial pelo método do C Ia Ia quado Ia Ifiltração Ifiltração proporcioal Escoameto Ia 5 quado CN Ia = escoameto em mm = chuva acumulada em mm Ia = erdas iiciais = parâmetro de armazeameto Valores de CN: C o d ição B C D F lore stas C a m p os lata çõe s Z o as c om e rciais Z o as i d u stria is Z o as resid e ciais Tipos de solos do C areosos e profudos B meos areosos ou profudos C argilosos D muito argilosos e rasos Estimativade escoameto superficial pelo método do C Exemplo Valores de CN: C o d ição B C D F lore stas C a m p os lata çõe s Z o as c om e rciais Z o as i dustria is Z o as reside ciais Tipos de solos do C areosos e profudos B meos areosos ou profudos C argilosos D muito argilosos e rasos Codição atecedete de umidade MC I: solos secos MC II: solo a capacidade de campo MC III: solo saturado CN origial MC I MC III

7 5/4/ Equações do escoameto Oda ciemática Difusão Hidrodiâmico Origiadas da equaçõe de ait-veat q t x y g g g t x x Iércia pressão gravidade atrito f Origiadas da equaçõe de ait-veat Modelos oda ciemática y v v v C R x g x g t Oda ciemática q t x g g f Difusão Hidrodiâmico Modelo oda ciemática Celeridade x velocidade Combiado a equação diâmica simplificada com a equação da cotiuidade, supodo relação direta etre e, ou etre e h: c t x celeridade Celeridade é a velocidade com que se deslocam perturbações de ível ou vazão É diferete da velocidade. c g h d c d Tedem a ser amortecidas 7

8 5/4/ 8 Oda ciemática Oda ciemática ão tem dispersão em difusão oda é trasladada sem sofrer alterações a forma B t Hidrograma em Hidrograma em B Oda ciemática x c t Esquema de seguda ordem x c t Esquema de primeira ordem Estimativa do escoameto superficial a bacia e caal - LIEM Em fução da precipitação, perdas iiciais e reteção teremos uma lâmia de água a superfície para ser propagada a usate ifiltração varia coforme as características da superfície Estimativa do escoameto superficial a bacia e caal - LIEM velocidade do escoameto é dada pela eq. Maig. descarga por célula é calculada por: 3 R v / 3 / ara a propagação do escoameto a bacia o modelo utiliza o método das difereças fiitas da oda ciemática x c t