Universidade Eduardo Mondlane Faculdade de Engenharia Departamento de Engenharia Civil

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1 Universidade Eduardo Mondlane Faculdade de Engenharia Departamento de Engenharia Civil CURSO: Engenharia Civil DISCIPLINA: HIDROLOGIA ANO: 3º SEMESTRE: 6º ANO LECTIVO: 2016 CARGA HORÁRIA SEMESTRAL: 64 horas DOCENTES: Regente Prof. Álvaro Carmo Vaz Assistentes Prof. Jaime Palalane, Dr. Nordino Muaievela, Engª Fátima Mussa CONTACTOS DOS DOCENTES: Regente: Assistentes: 1. INTRODUÇÃO A Hidrologia é a ciência que trata da ocorrência, circulação e transformação da água na Terra, suas propriedades físicas e químicas, sua interacção com o ambiente e com os seres vivos, sua utilização pelo Homem e respectivos impactos. O âmbito da disciplina é mais restrito do que a definição acima para responder ao seu enquadramento no curso de Engenharia Civil. Assim, a disciplina vai centrar-se na fase terrestre do ciclo hidrológico. Por outro lado, dá-se ênfase à Hidrologia Aplicada (designada em Inglês por Engineering Hydrology ) em paralelo com o seu estudo como ciência da natureza. A disciplina de Hidrologia procura preparar os estudantes em duas orientações principais: gestão dos recursos hídricos e dimensionamento de obras hidráulicas. Para a capacitação para a gestão dos recursos hídricos os estudantes devem adquirir bons conhecimentos dos diversos processos hidrológicos, desde a precipitação à evaporação e evapotranspiração, infiltração e percolação, escoamento subterrâneo e escoamento superficial. Para o dimensionamento de obras hidráulicas, interessam sobremaneira os fenómenos extremos precipitações intensas e caudais de cheia. 1

2 Na disciplina será dada grande atenção ao tratamento de dados, uma vez que a caracterização das variáveis hidrológicas apenas pode ser feita numa base estatística. A Estatística será a ferramenta privilegiada, a par da modelação hidrológica. É um pressuposto que os estudantes tenham as necessárias bases de Mecânica dos Fluidos, escoamentos em pressão e escoamentos com superfície livre, assuntos tratados nas disciplinas antecedentes de Hidráulica I e Hidráulica II. 2. OBJECTIVOS GERAIS DA DISCIPLINA São objectivos desta disciplina conseguir que, no seu termo, os estudantes: compreendam claramente os conceitos de ciclo hidrológico e balanço hídrico; saibam como se medem e calculam as principais variáveis hidrológicas; saibam calcular precipitações intensas e caudais máximos para dimensionamento de obras hidráulicas, utilizando métodos estatísticos e outros; tenham uma noção básica de modelos de simulação hidrológica. 3. PLANO ANALÍTICO Semana 1 31 de Julho 1ª aula Considerações gerais sobre a disciplina Apresentação do programa, bibliografia e formas de avaliação CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO À HIDROLOGIA Conceitos gerais Evolução da ciência da hidrologia Reservas hídricas na Terra Utilizações da água Alterações climáticas e seus impactos 2ª aula CAPÍTULO 2 CICLO HIDROLÓGICO. BALANÇO HÍDRICO Conceito de ciclo hidrológico Balanço hídrico. Balanços hídricos globais Resolução de problemas sobre balanço hídrico Semana 2 7 de Agosto 3ª aula CAPÍTULO 2 CICLO HIDROLÓGICO. BALANÇO HÍDRICO Resolução de problemas sobre balanço hídrico 4ª aula CAPÍTULO 2 CICLO HIDROLÓGICO. BALANÇO HÍDRICO Resolução de problemas sobre balanço hídrico Semana 3 14 de Agosto 2

3 5ª aula CAPÍTULO 3 CARACTERIZAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS Conceito de bacia hidrográfica Características fisiográficas: geométricas, do sistema de drenagem, do relevo, da geologia, dos solos e da cobertura vegetal Apresentação do 1º Trabalho de Grupo (prazo de conclusão e entrega: 8 de Setembro) 6ª aula Definições Funções de distribuição, duração e densidade Período de retorno e risco hidrológico Estatísticas de uma amostra e de uma população Testes de aleatoriedade Semana 4 21 de Agosto 7ª aula Ajustamento de uma amostra a uma distribuição de probabilidades Funções de distribuição de variável contínua Avaliação dos modelos: testes gráficos e analíticos Correlação e regressão lineares 8ª aula Resolução de problemas sobre estatística Semana 5 28 de Agosto 9ª aula Resolução de problemas sobre estatística 10ª aula Resolução de problemas sobre estatística Entrega do 2º Trabalho de Grupo (prazo de conclusão e entrega: 15 de Setembro) Semana 6 4 de Setembro 11ª aula CAPÍTULO 5 PRECIPITAÇÃO Caracterização da atmosfera Nuvens e precipitação Tipos de precipitação Medição da precipitação Preenchimento de falhas 3

4 12ª aula CAPÍTULO 5 PRECIPITAÇÃO Precipitação intensa Precipitação máxima provável Precipitação sobre uma região Distribuição temporal e espacial da precipitação em Moçambique Semana 7 11 de Setembro 13ª aula CAPÍTULO 5 PRECIPITAÇÃO Resolução de problemas sobre precipitação 14ª aula CAPÍTULO 5 PRECIPITAÇÃO Resolução de problemas sobre precipitação Entrega do 3º Trabalho de Grupo (prazo de conclusão e entrega: 6 de Outubro) Semana 8 18 de Setembro 15ª aula CAPÍTULO 6 RADIAÇÃO SOLAR Radiação solar CAPÍTULO 7 EVAPORAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO Conceitos de evaporação, evapotranspiração potencial e evapotranspiração real Evaporação de superfícies de água: métodos de cálculo Método aerodinâmico Método do balanço hídrico 16ª aula CAPÍTULO 7 EVAPORAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO Evaporação de superfícies de água: métodos de cálculo Método energético Método combinado aerodinâmico-energético (Penman) Evapotranspiração potencial Medição da evaporação e da evapotranspiração Modelo de Thornthwaite-Mather para o cálculo da evapotranspiração real Evapotranspiração real em Moçambique Semana 9 25 de Setembro Semana Intercalar Visitas ao INAM e DNGRH Semana 10 2 de Outubro 17ª aula CAPÍTULO 7 EVAPORAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO Resolução de problemas sobre evaporação e evapotranspiração 18ª aula CAPÍTULO 7 EVAPORAÇÃO E EVAPOTRANSPIRAÇÃO Resolução de problemas sobre evaporação e evapotranspiração 4

5 Semana 11 9 de Outubro 19ª aula CAPÍTULO 8A ÁGUA NO SOLO 20ª aula Definições e conceitos fundamentais Hidráulica do escoamento subterrâneo. Lei de Darcy. Equação da continuidade Escoamentos bidimensional plano e radial. Rede de fluxo 1º Teste matéria dos capítulos 1 a 7 14 de Outubro (Sábado) Semana de Outubro 21ª aula Escoamento subterrâneo em aquíferos confinados Escoamento subterrâneo em aquíferos freáticos 22ª aula Estabilidade de escavações Intrusão salina em aquíferos costeiros Resolução de problemas de água subterrânea Semana de Outubro 23ª aula Resolução de problemas de água subterrânea 24ª aula Resolução de problemas de água subterrânea Semana de Outubro 25ª aula CAPÍTULO 9 ESCOAMENTO SUPERFICIAL Física do escoamento superficial Medição do escoamento superficial Extrapolação da curva de vazão para cheias Obtenção de escoamentos por processos indirectos Distribuição temporal do escoamento. Curva de duração 26ª aula CAPÍTULO 9 ESCOAMENTO SUPERFICIAL 5

6 Curva de esgotamento, determinação da constante de esgotamento Distribuição espacial do escoamento anual médio Forma do hidrograma, separação de componentes Semana 15 6 de Novembro 27ª aula CAPÍTULO 9 ESCOAMENTO SUPERFICIAL Resolução de problemas sobre escoamento superficial 28ª aula Cheias e seus impactos Curvas da precipitação útil Determinação do caudal de ponta Métodos empíricos Tempo de concentração Métodos cinemáticos Semana de Novembro 29ª aula Determinação do caudal de ponta Métodos estatísticos Cheia máxima provável 30ª aula Método do hidrograma unitário Hidrogramas unitários sintéticos Hietograma de projecto Entrega do 4º Trabalho de Grupo (prazo de conclusão e entrega: 1 de Dezembro) Semana de Novembro 31ª aula Resolução de problemas sobre cheias 32ª aula Resolução de problemas sobre cheias 2º teste matéria dos capítulos 8 a de Novembro (Sábado) 6

7 4. METODOLOGIA Esta cadeira será ministrada numa base de aulas teóricas e práticas, sendo estas últimas de resolução de problemas que permitirão uma melhor compreensão da matéria teórica. Mesmo no caso das lições de cariz teórico, os conceitos serão sempre que possível ilustrados por exemplos reais de forma a solidificar e facilitar a sua apreensão. O trabalho na disciplina incluirá ainda a realização de diversos trabalhos de grupo. Estes trabalhos irão permitir desenvolver aplicações mais extensas do que os problemas das aulas práticas e fomentarão a capacidade dos estudantes de trabalharem com colegas, distribuírem tarefas e fazerem o auto-controlo da sua execução. Os trabalhos de grupo irão incidir sobre a caracterização de bacias hidrográficas, a análise estatística de valores extremos, a precipitação sobre uma região e o método do hidrograma unitário para estudo de cheias. Serão também realizadas visitas de estudo ao Instituto Nacional de Meteorologia e à DNGRH / ARA-Sul. Os estudantes deverão estudar regularmente a matéria teórica de forma a tirarem mais proveito das aulas práticas. Nas aulas práticas deverão ter iniciativa na resolução dos problemas propostos, não ficando à espera de que o docente apresente a resolução. 5. AVALIAÇÃO A avaliação de frequência consiste em 2 testes e 4 trabalhos de grupo. Cada teste tem um peso de 35% e o conjunto dos trabalhos tem o peso total de 30%, sendo de 15% o 1º trabalho e 5% cada um dos restantes. Os trabalhos de grupo incidem sobre caracterização de uma bacia hidrográfica, estatística, precipitações intensas e hidrograma unitário. A admissão a exame exige como nota mínima de frequência 10 valores. Estudantes com média de frequência de 14, sem notas negativas nas diversas provas de avaliação, podem ser dispensados de exame final. A nota final é a média aritmética da nota de frequência e da nota do exame final. Os estudantes que tenham sido admitidos a exame da disciplina em anos anteriores são dispensados da frequência da disciplina e das provas de avaliação. 6. BIBLIOGRAFIA O livro base para a disciplina é Hidrologia e Recursos Hídricos, 2ª edição, da autoria de João Hipólito e Álvaro Carmo Vaz, IST Press, Lisboa, Outros livros recomendados são: Naghetini, M. e E. Pinto, Hidrologia Estatística, Serviço Geológico do Brasil CPRM, Belo Horizonte, 2007 Chow, V. T., D. Maidment e L. Mays, Applied Hydrology, McGraw-Hill, New York, 1998 D. Maidment, 2004, The Encyclopedia of Hydroloy, McGraw-Hill, New York, 2003 Serão disponibilizadas aos estudantes as apresentações das aulas em power point. 7

8 Os apontamentos, apresentações, guiões dos trabalhos, resultados e correcções das avaliações podem ser descarregados na página da disciplina, acessível a partir do endereço 8