HIDROLOGIA engenharia AMBIENTAL Aula 04

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Definição Trata da ocorrência e transporte da água na superfície terrestre. Abrange desde o excesso de precipitação que ocorre logo após uma chuva intensa e se desloca livremente pela superfície do terreno, até o escoamento de um rio, que pode ser alimentado tanto pelo excesso de precipitação como pelas águas subterrâneas.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Fatores que Influenciam no Escoamento Superficial Natureza climática: Intensidade e a duração da precipitação; Precipitação antecedente. Natureza fisiográfica: área de drenagem, a forma, a permeabilidade a capacidade de infiltração, a topografia da bacia. Outros fatores importantes: obras hidráulicas construídas nas bacias.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Vazão (Q): A vazão, ou volume escoado por unidade de tempo, é a principal grandeza que caracteriza um escoamento. Normalmente é expressa em metros cúbicos por segundo (m3.s-1) ou em litros por segundo (L.s-1). vazão média diária: É a média aritmética das vazões ocorridas durante o dia

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Vazão (Q) Vazão específica: Vazão por unidade de área da bacia hidrográfica; m3.s-1.km-2, L.s-1.km-2, L.s-1.ha-1. É uma forma bem potente de expressar a capacidade de uma bacia em produzir escoamento superficial e serve como elemento comparativo entre bacias.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Coeficiente de Escoamento Superficial (C): Coeficiente de escoamento superficial, ou coeficiente runoff, ou coeficiente de deflúvio é definido como a razão entre o volume de água escoado superficialmente e o volume de água precipitado. Este coeficiente pode ser relativo a uma chuva isolada ou relativo a um intervalo de tempo onde várias chuvas ocorreram.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Coeficiente de Escoamento Superficial (C): Coeficiente de escoamento superficial, ou coeficiente runoff, ou coeficiente de deflúvio razão entre o volume de água escoado superficialmente e o volume de água precipitado.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Coeficiente de Escoamento Superficial (C): Declividade (%) Solo Arenoso Solo Franco Solo Argiloso   Florestas 0 - 5 0,10 0,30 0,40 5 - 10 0,25 0,35 0,50 10 - 30 0,60 Pastagens 0,15 0,55 0,20 Terras cultivadas 0,70 0,80

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Precipitação efetiva ou excedente É a medida da altura da parcela da chuva caída que provoca escoamento superficial; razão entre o volume da água escoada superficialmente e a projeção horizontal da superfície coletora

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Tempo de Concentração (tc) Como definido anteriormente, o tc mede o tempo gasto para que toda a bacia contribua para o escoamento superficial na seção considerada. O tempo de concentração pode ser estimado por vários métodos, os quais resultam em valores bem distintos. Dentre eles, destacam-se: Método Gráfico, Equação de Kirpich, Equação de Ventura, Equação de Pasini, Equação de Giandoti

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Tempo de Concentração (tc) Método Gráfico: Consiste em traçar trajetórias perpendiculares as curvas de nível de diferentes pontos dos divisores até a seção de controle.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Tempo de Concentração Equação de Kirpich

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Tempo de Concentração Equação de Ventura

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Tempo de Concentração Equação de Pasini

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Tempo de Concentração Equação de Giandoti

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Frequência e período de retorno Frequência da vazão Q0 representa o número de ocorrências da mesma num intervalo de tempo. Chuvas intensas, a frequência representa o número de vezes em que a vazão de magnitude Q0 foi igualada ou superada no intervalo de tempo considerado. A frequência F (Q0) é, em geral, expressa em termos do período de retorno, Tr. O intervalo de recorrência (ou Tr) corresponde ao tempo médio, em anos, em que o evento de magnitude Q0 é igualado ou superado pelo menos uma vez.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Nível de água, cheia e inundação O nível de água refere-se, aqui, à altura atingida pela água na seção transversal do escoamento natural. É estabelecido sempre em relação a uma determinada referência. Pode ser um valor instantâneo ou corresponder à média tomada em determinado intervalo de tempo. Em seções especiais de cursos d’água naturais, o nível d’água, normalmente medido por meio de uma régua, é correlacionado à vazão do escoamento. Essas seções são ditas “seções de controle” e a curva que graficamente relaciona a leitura da régua (nível d’água) com a vazão é conhecida como “curva-chave”.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Grandezas que Caracterizam o Escoamento Superficial Nível de água, cheia e inundação cheia (ou enchente) : corresponde a uma elevação acentuada do nível d’água (elevação do NA de cheia) que, entretanto, mantém-se dentro do próprio leito normal do curso d’água natural. Inundação: uma elevação não usual do nível d’água (elevação do NA de inundação), de modo a provocar transbordamento

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Métodos de Estimativa do Escoamento Superficial Os métodos de estimativa do escoamento superficial podem ser divididos em quatro grupos conforme a seguir: Medição do Nível de Água É o mais preciso; Requer vários postos fluviométricos Modelo Chuva-Vazão Calibrados Boa precisão Métodos baseados na hidrógrafa ( Hidrograma Unitário) Modelo Chuva-Vazão Não Calibrado Média precisão Métodos baseados no método racional Fórmulas Empíricas Baixa precisão Meyer, Gregory, etc.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Métodos de Estimativa do Escoamento Superficial Medição do Nível de Água A estimativa do escoamento superficial por meio de medição do nível de água é realizada em postos fluviométricos, onde a altura do nível de água é obtida com auxílio das réguas linimétricas ou por meio dos linígrafos. De posse das alturas pode-se estimar a vazão em uma determinada seção do curso d’água por meio de uma curva-chave. A esta curva relaciona uma altura do nível do curso d’água, a uma vazão.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Métodos de Estimativa do Escoamento Superficial Modelo Chuva-Vazão Calibrados Boa precisão O volume escoado superficialmente (VESD), corresponde à área compreendida entre o trecho de reta AC e a hidrógrafa. Para avaliá-la deve-se utilizar qualquer processo de aproximação como o é a integração numérica, com

ESCOAMENTO SUPERFICIAL HIDRÓGRAFA ou HIDROGRAMA Denomina-se hidrógrafa, ou hidrograma, à representação gráfica da vazão observada numa seção de um curso d’água em relação ao tempo de passagem da água pela seção. A hidrógrafa pode, ainda, se referir à representação das vazões médias diárias de um determinado ano hidrológico, situação em que é também conhecida como fluviograma. hidrógrafa PODE SER a curva da vazão versus tempo observada durante o período de cheia, _obras hidráulicas relacionadas com as enchentes e, em particular, no dimensionamento de canais, reservatórios, vertedores e bueiros.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL HIDRÓGRAFA ou HIDROGRAMA ANÁLISE DO HIDROGRAMA – COMPONENTES Contribuições: 1) Precipitação recolhida diretamente pela superfície livre da água; Escoamento superficial dito direto (incluído o sub superficial); escoamento de base ou subterrâneo (contribuição do lençol d’água subterrâneo). 4 trechos: O primeiro, até o ponto A, em que o escoamento é devido escoamento subterrâneo ou de base. O segundo trecho é devido à contribuição da parcela de precipitação que excede à capacidade de infiltração. No trecho AB, há a contribuição simultânea dos escoamento superficial e de base, chamado também de trecho de ascensão do escoamento superficial direto. No trecho BC, reduz-se gradualmente a área de contribuição do escoamento superficial. depleção do escoamento superficial direto, o qual se encerra no ponto C. No trecho após o ponto C, volta-se novamente a se ter apenas a contribuição do escoamento de base, o qual é chamado de curva de depleção do escoamento de base. A determinação do volume escoado superficialmente é feita por planimetria da área hachurada ABCA e, uma vez determinada e conhecendo-se o total precipitado, pode-se calcular o coeficiente de escoamento superficial (C):

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Métodos de Estimativa do Escoamento Superficial Modelo Chuva-Vazão Não Calibrado Método Racional: A estimativa da vazão do escoamento produzido pelas chuvas em determinada área é fundamental para o dimensionamento dos canais coletores, interceptores ou drenos. Existem várias equações para estimar esta vazão, sendo muito conhecido o uso da equação racional.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Métodos de Estimativa do Escoamento Superficial Modelo Chuva-Vazão Não Calibrado Método Racional modificado: áreas entre 80 e 200 há.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Métodos de Estimativa do Escoamento Superficial Modelo Chuva-Vazão Não Calibrado Método de I - Pai - Wu

ESCOAMENTO SUPERFICIAL Métodos de Estimativa do Escoamento Superficial Fórmulas Empíricas A estimativa por meio de fórmulas empíricas, deve ser utilizada somente na impossibilidade do emprego de outra metodologia. A utilização das fórmulas empíricas é principalmente alvo de estudos de previsão de enchentes.