CAPÍTULO VI ESCOAMENTO SUPERFICIAL 6.0.Considerações: O escoamento superficial é a fase do ciclo hidrológico que resulta do excedente das águas precipitadas que não se infiltraram ou evaporaram; e que escoam superficialmente pelo relevo indo nas direções das depressões, lagos, cursos d água, e mares.num segundo estágio, também é escoamento superficial o escoamento dos cursos d água que são alimentados pela drenagem dos lençóis d água subterrâneos. Para o Engº Civil a fase mais importante do ciclo hidrológico, é a do escoamento superficial, pois a maioria dos estudos hidrológicos está ligada ao aproveitamento das águas superficiais e a proteção contra os efeitos provocados pelo seu deslocamento.- 6.1. Fatores Intervenientes do Escoamento Superficial.- Podem ser de natureza climática e fisiológicos: I- Fatores de Natureza Climática- Intensidade da precipitação e a precipitação antecedente, pois quanto maior for a intensidade mais volume d água escoa superficialmente e quanto mais seco for o solo, para a mesma intensidade, menor será o escoamento.- II- Fatores de Natureza Fisiográfica- Permeabilidade do solo; cobertura vegetal do solo; topografia do solo; área da bacia; forma da bacia; temperatura do solo; profundidade do extrato impermeável; profundidade do nível freático, etc. 6.2. Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial.- I- Vazão.- é o volume d água que escoa na unidade do tempo numa dada seção de escoamento num determinado momento. II- Coeficiente de Escoamento Superficial, ou Coeficiente de Deflúvio, ou ainda Coeficiente de Run-Off, é definido pela relação entre o volume d água escoado superficialmente, pelo volume d água precipitado. O volume d água escoado pela superfície é levantado pelo controle do hidrograma do curso d água em uma determinada seção de controle.- I- Tempo de Concentração tc é o tempo que decorre desde o início da precipitação, até ao instante em que toda a bacia a montante contribui por escoamento superficial na seção considerada. È apresentado em minutos ou em horas; II- Tempo de Recorrência ou Período de Retorno.- é o período ou o intervalo de tempo em que um determinado evento volta a se repetir; III- Nível D água.- A variação do nível do curso d água indica o aumento ou diminuição da vazão, particularmente o nível
d água na régua limnimétrica corresponderá a uma vazão para um dado curso d água; IV- Taxa de Escoamento Superficial ou Vazão Específica, é definida pela relação entre o volume d água escoado pela área da bacia na unidade do tempo; V- Velocidade de Escoamento Superficial, é a velocidade média de escoamento superficial, anteriormente definida.- 6.3.Hidrograma ou Hidrógrafa.- É a função desenvolvida pelos valores das vazões de um curso d água ao longo do tempo. Para isto devemos definir procedimentos para o levantamento das vazões e montar os hidrogramas correspondentes.- 6.3.1. Análise de Hidrogramas.- Considerando o hidrograma da figura 6.1. e o hidrograma relativo a uma precipitação da fig. 6.2., podemos afirmar que a contribuição total para o escoamento fluvial do curso d água na seção considerada é devido a : I- à precipitação direta sobre a superfície do curso d água; II- ao escoamento superficial e sub- superficial; III- ao escoamento básico relativo a drenagem das águas subterrâneas; Considerando ainda o hidrograma da fig. 6.2., podemos definir: Tc=tB-to...tempo de concentração; Tr definido entre o centro de gravidade da precipitação e o centro de gravidade do hidrograma da precipitação, denominado de tempo de retardamento; Trecho BC do hidrograma, é denominado de curva de depleção do escoamento superficial; Trecho CD do hidrograma, é denominado de curva de depleção do escoamento básico; A área achurada do hidrograma, representa o volume d água escoado superficialmente, devido a precipitação.-
Exemplos Aplicativos: 1-O hidrograma abaixo foi registrado no posto fluviométrico nos dias 18, 19,e 20/11/1969 na bacia do Rio Tamanduateí; pede-se:determinar: o volume d água infiltrado e escoado superficialmente; o coeficiente de Run-Off; a taxa de infiltração, a taxa de escoamento superficial.-
1- Uma precipitação de 60mm/h, atingiu uma bacia de 6.000,00 hectares, e provocou o hidrograma abaixo do curso d água na saída da bacia. Sabendo-se que a precipitação teve duração de cinco horas, pede-se para determinar: a capacidade de infiltração média dos solos da bacia; o coeficiente de run-off; os volumes d água escoado e infiltrado; a taxa de escoamento superficial.- 6.4.Medição de Vazões.- De acordo com os valores das vazões podemos utilizar os seguintes procedimentos: a)vertedores- São utilizados para medir vazões de pequenos cursos d água; inicialmente utiliza-se o vertedor triangular de ângulo reto para cursos d água, utilizando a fórmula de Thomson:
Esgotadas as possibilidades com este vertedor, passa-se a utilizar o vertedor retangular de parede delgada que calcula a vazão pela fórmula de Francis de dupla contração, apresentada abaixo: b)medição Através do Levantamento da Velocidade da Seção pela Batimetria.-Para isto temos que adotar os seguintes procedimentos: I-Escolhe-se a seção do rio num trecho retilíneo de fácil acesso e sem interferências de construções; II-Divide-se a seção em N subseções eqüidistantes, número esse calculado pela fórmula do Engº Jorge Oscar de Melo Flores: N=4.L*0,30+1 (subseções); III-Levantar o diagrama de velocidades em cada sub-seção, utilizando o molinete, que mede a velocidade pelo nºde revoluções da hélice;
IV-Determinar a velocidade média de cada sub-seção pelas seguintes fórmulas;
A fórmula nº2 é utilizada até a uma profundidade de 1,00m; as fórmulas nº3 e nº4, são utilizadas até a uma profundidade de 1,50m e 2,00m respectivamente, a partir desta profundidade devemos levantar a velocidade média através do diagrama de velocidade onde será elaborado por várias tomadas de velocidade.- V-Determinar as vazões parciais de cada sub-seção pelo produto da velocidade média pela correspondente área de influência; VI-A vazão será obtida pela soma das vazões parciais, Q=A1xV1+A2xV2+...