CAPÍTULO VII PREVISÕES DE ENCHENTES 7.2. PREVISÃO DE ENCHENTES EXECUTADO POR MÉTODOS INDIRETOS.- 7.2.1.CONSIDERAÇÕES. Os métodos indiretos são utilizados em bacias onde não há registros de vazões dos cursos d água, isto ocorre notadamente em bacias de pequenas extensões. A ausência de dados de vazões são as dificuldades mais freqüentes que os engenheiros hidráulicos, hidrólogos, envolvidos no dimensionamento de obras hidráulicas, enfrentam no dia a dia. Métodos Indiretos mais utilizados: -Método Racional; -Método do Hidrograma Unitário; -Método de Soil Conservation Service ( SCS ); Todos esses métodos indiretos, estimam as vazões a partir dos dados de chuva que são menos escassos do que os dados de vazão. Vale lembrar, em tempo, que nas bacias de pequena e média extensão, as precipitações evidentes, são as precipitações intensas que apresentam as seguintes características, como foi visto no capítulo IV: distribuição; intensidade; freqüência; e duração. Estas características variam da seguinte forma: -Distribuição, as precipitações intensas atingem pequenas áreas, podendo muitas vezes, não abranger toda micro bacia considerada. -Intensidade e Duração, sabemos historicamente que quanto maior a intensidade menor é a duração da precipitação. -Intensidade com a Freqüência, sabemos também que quanto maior a intensidade menor é a freqüência do evento voltar a acontecer. O estudo integralizado dessas características para cada região resulta nas relações Intensidade- Duração-Frequencia das precipitações intensas vistas no capítulo IV. 7.2.2. MÉTODO RACIONAL.- O método racional é aplicado para micro-bacias que não apresentam complexidade e de área de até 5 Km2, e adota um hidrograma triangular cujo o tempo de duração é de dois tempos de concentração, a duração da precipitação igual ao tempo de concentração e a vazão máxima dada pela expressão: Qc= 2,78. n. C. A. I Sendo: - Qc, vazão máxima em l/s;
- I intensidade pluviométrica em mm/hora; - n coeficiente de distribuição; - C coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de Run-Off. - A área da bacia em hectares; Este processo é utilizado para dimensionar galerias de águas pluviais de cidades, conjuntos habitacionais, loteamentos residenciais e industriais, bueiros de estradas e gerenciamento de pequenas e micro-bacias com área de até 5Km2. 7.2.2.1. Tempo de Concentração e Tempo de Duração das Precipitações.- a) Tempo de Concentração. ( tc )- No caso de obras que envolvem escoamento pluvial em galerias o tempo de concentração é composto de duas parcelas, ou seja: tc = ti + tp onde: ti é o tempo de concentração propriamente dito ou tempo de retardamento, tempo gasto pelas águas precipitadas de percorrer o divisor mais distante até a 1ª caixa de coleta em minutos; tp tempo de percurso, tempo gasto pelas águas deste a 1ª caixa de coleta até a seção de dimensionamento em minutos; Fórmulas do Engº George Ribeiro para o tempo de retardamento:
Sendo: L1- distancia do divisor mais distante a 1ªcaixa coletora; p taxa decimal da área da bacia coberta de vegetação; S é a declividade média da trajetória L1 descontados os possíveis degraus e ti tempo de retardamento em minutos. Fórmula do tempo de percurso: tp = L / v ; sendo: L comprimento do último trecho de galeria e v velocidade de escoamento do trecho correspondente. b) Tempo de Duração das Precipitações Intensas. O método racional, como visto no hidrograma de escoamento adotado, o tempo de duração das precipitações intensas será igual ao tempo de concentração para a seção considerada. 7.2.2.2. Tempo de Recorrência e Probabilidade das Precipitações Intensas. No processo racional o período de retorno ou tempo de recorrência das precipitações intensas recomendado está na faixa entre 5 a 20 anos, para obras sem complexidade; no caso de obras que envolva risco de vidas deve-se determinar o período de retorno pelo fator de risco que se deseja correr, calculado pela expressão: Sendo: Tr período de retorno em anos; K risco que se deseja correr ou a probabilidade de ocorrência da máxima enchente durante a vida útil; n vida útil da obra em anos. 7.2.2.3. Escoamento Superficial e Infiltração. De uma maneira geral, das águas precipitadas, parte se infiltram de acordo com a capacidade de infiltração do momento do solo e o restante escoa superficialmente pelo relevo do solo atingindo os arruamentos, as galerias de águas pluviais e finalmente os cursos d água ( em locais onde existe infraestrutura de coleta pluvial ). Para isto devemos classificar os solos quanto a impermeabilidade para podermos definir o coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de run-off. Adotando o critério de Fantoli que classifica os solos da seguinte forma: - para as zonas centrais das cidades, loteamentos urbanos com pouca jardinagem, parques industriais; áreas que apresentam uma impermeabilidade de 80% ou mais define um coeficiente m= 0,058;
- para zonas residenciais, loteamentos residenciais com áreas de jardinagem ou empreendimentos que apresentam uma taxa de impermeabilidade entre 60 a 80%, define um coeficiente m= 0,043; - para zonas suburbanas, que apresentam uma taxa de impermeabilidade entre 40 a 60%, define um coeficiente m= 0,029; - para as zonas rurais, cuja taxa de impermeabilidade está entre 25 a 40%, define um coeficiente m= 0,018. Desta forma, o coeficiente de escoamento superficial, ou coeficiente de deflúvio ou ainda o coeficiente de run-off, será determinado pela expressão:: 7.2.2.4. Distribuição das Precipitações Intensas. Como foi visto anteriormente, as precipitações intensas abrangem pequenas áreas, e dependendo do tamanho da micro-bacia, é possível que a precipitação não atinja toda a área da bacia, possibilitando a adoção de um coeficiente de distribuição definido em função do tamanho da área da bacia. O método racional adota um coeficiente de distribuição n definido pela expressão, onde a área é apresentada em hectares: Para áreas iguais a um hectare ou menor que um hectare, adotar n=1. Exemplo: Deseja-se dimensionar um bueiro para uma estrada em construção próximo a cidade de Belo-Horizonte para escoar águas pluviais de uma micro bacia de 30 hectares, que apresenta um desnível do divisor mais distante até ao bueiro de 100,00m correspondendo a uma distancia de 2000,00m; sabendo-se que o terreno da micro-bacia é totalmente coberto por pastagens, pede-se para determinar a vazão de dimensionamento do bueiro. 7.2.3. MÉTODO DO DIAGRAMA UNITÁRIO. ( D.U.) 7.2.3.1. Considerações. O diagrama unitário é o diagrama resultante de um escoamento superficial de volume unitário. O volume unitário de uma precipitação efetiva unitária, que corresponde à altura pluviométrica e duração unitária. Ex. Altura de precipitação efetiva de 10mm e uma hora de duração.
Conhecido o hidrograma unitário de uma bacia, pode-se calcular as ordenadas do escoamento superficial correspondentes à qualquer chuva, de intensidade uniforme e de mesma duração que gerou o D.U.; multiplicando as ordendas do D.U. pelo fator Qe/Qu. A teoria do D.U. baseia-se nas três proposições descritas a seguir: a) para precipitações de iguais durações, as durações dos escoamentos superficiais correspondentes são iguais; b) duas precipitações de mesma duração, mas com volumes escoados diferentes, resultam em hidrogramas cujas ordenadas são proporcionais aos correspondentes volumes escoados;
c) considera-se que as precipitações anteriores não influenciam a distribuição no tempo do escoamento superficial de uma dada precipitação; 7.2.3.2.Determinação do Diagrama Unitário a Partir dos Dados Observados de uma Precipitação.- O volume de água precipitado sobre uma bacia é dado por: Vp = P. A Sendo: Vp- volume total precipitado; P altura de lâmina d água precipitada; A - área da bacia. A separação do escoamento superficial do escoamento básico ou seja de drenagem subterrânea é feita traçando uma reta que une os pontos de inflexão ascendente e descendente do hidrograma observado, conforme é mostrado abaixo:
Para cada instante t, a vazão efetiva é a diferença entre a vazão do hidrograma e a vazão base sendo esta determinada através da reta estabelecida pelos pontos de inflexão; logo a vazão efetiva será: Qe = Q Qb ( m3/s ) Logo o volume escoado efetivamente ( de origem superficial ) será fornecido pela área do hidrograma acima da linha base, ou seja volume d água efetivo pode ser determinado pela expressão: Desta forma pode-se determinar o coeficiente de escoamento superficial ou o coeficiente de run-off pela expressão: C = Ve / V E assim a precipitação efetiva ( que escoa superficialmente ) será determinada pela expressão: Pe = C. P Possibilitando desta forma determinar as ordenadas do hidrograma unitário através da expressão: Qu = ( Pu / Pe ). Qe
Sendo: Qu vazão unitária; Qe vazão efetiva; Pu lâmina d água efetiva ( mm ), geralmente igual a 10mm; Pe lâmina d água efetiva ( mm ). 7.2.3.3. Hidrograma Unitário Sintético. Para finalidades de simulações matemáticas, com a finalidade de aproveitamento múltiplo de bacias, torna-se necessário se estabelecer os hidrogramas unitários das bacias envolvidas mesmo que de uma maneira aproximada, sendo então necessário recorrer ao hidrograma unitário sintético, quando não se tem elementos para se estabelecer o hidrograma unitário convencional. Vamos apresentar o método de Snyder, que desenvolveu as seguintes correlações para as bacias das montanhas Apalachianas: a) tempo de retardamento da bacia em horas; Sendo: L ( Km ) comprimento do rio principal desde o seu divisor de águas até a foz do rio; Lc ( Km ) é a distancia do ponto do rio principal mais próximo do centro geométrico da bacia até a saída da mesma; Ct coeficiente que varia entre 1,80 a 2,00, tomando valores menores para bacias de grandes inclinações. b) tempo de duração da precipitação em horas; Sendo: tr tempo de duração da precipitação em horas c) vazão de pico da hidrógrafa sintética unitária; Sendo: A área de drenagem da bacia; tp tempo de retardamento ( horas ); Cp um coeficiente variando de 0,56 a 0,69. d) tempo base de escoamento superficial;
Exemplo; Desenvolver a hidrógrafa unitária sintética pelo método de Snyder, para a bacia do Ribeirão do Lobo nos municípios de Itirapina e Brotas SP; que apresenta os seguintes elementos: A= 177,25 Km2; L= 24,30 Km; Lc = 12,00 Km; Ct= 2,20; Cp= 0,60. a) tempo de retardamento da bacia; b) tempo de duração da precipitação; c) vazão de pico; d) tempo base de escoamento superficial; e) Hidrogarma Unitário Sintético da Bacia Ribeirão do Lobo;
7.2.3.4.Método de Soil Conservation Service ( SCS ). Este processo foi apresentado no capítulo V, em que é fundamentado na capacidade de infiltração do solo.