ST 306 ESTUDO HIDROLÓGICO 1º SEMESTRE - 2010 2010 FT - UNICAMP - LIMEIRA 2010 ESTUDO HIDROLÓGICO 1º SEMESTRE - 2010 ST 306 PROF. HIROSHI YOSHIZANE e_mail: hiroshiy@ft.unicamp.br

TRABALHO : ESTUDO HIDROLÓGICO PASSO A PASSO

ESTUDO HIDROLÓGICO - APÓS DETERMINADOS SOBRE CARTAS CARTOGRÁFICAS OU TOPOGRÁFICAS SEJAM GRÁFICAMENTE OU MECÂNICAMENTE OU COM APLICAÇÃO DE PROGRAMAS COMPUTACIONAIS COMO: ( CAD; SPRING;ARCGIS OU CAD LAND E OUTROS ) : DEVE-SE PARTIR PARA A DETERMINAÇÃO DE: 1- Área da Bacia hidrográfica ¨A ¨; 2- Coeficiente de compacidade ¨ Kc ¨ 3- Coeficiente de forma ¨ Kf ¨; 4- Densidade de drenagem ¨Dd¨;

ESTUDO HIDROLÓGICO - O que está faltando ? Pelo método racional:

MÉTODO RACIONAL Q = C . i .A . D Com : Q = vazão C = coeficiente de deflúvio “ Run–Off ” i = intensidade da chuva A = área da bacia D = coeficiente de distribuição da chuva D=1 ( pressupõe chuvas de igual intensidade em toda a bacia hidrográfica )

EQUAÇÃO BÁSICA ¨tc ¨ L = Extensão do curso d´água em ( km ).   tc = tempo de concentração em minutos ( min. ). L = Extensão do curso d´água em ( km ). I = Declividade do curso d´água em metro ( m ) por mil metros (º/00).

O ¨tc¨ pode ser determinado gráficamente ESTUDO HIDROLÓGICO O ¨tc¨ pode ser determinado gráficamente MAS !

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO ATRAVÉS DO ÁBACO ST306 - GRÁFICO DO TEMPO DE CONCENTRAÇÃO - Tc TEMPO DE CONCENTRAÇÃO ATRAVÉS DO ÁBACO 1,00 L=110 Tc=27,5 C=30

E DEPOIS ? ESTUDO HIDROLÓGICO Determina-se a intensidade pluviométrica, através da equação da chuva ! mas cuidado ! Procure a equação regional mais próxima do local do projeto !

Dr Dirceu Brasil Vieira Cuidado com as unidades ! ESTUDO HIDROLÓGICO Vamos trabalhar com a equação de chuva Limeira e região ! Dr Dirceu Brasil Vieira com : i  mm/minuto (intensidade) T  anos (período de retorno) tc  minutos (tempo de concentração) Cuidado com as unidades !

E DEPOIS ? ESTUDO HIDROLÓGICO Define-se o coeficiente de escoamento superficial, ¨ run-off¨ ! mas muito cuidado ! Faça uma investigação minuciosa, no local, com ajuda também de outros recursos como foto-interpretação, estudo do solo, e diagnósticos da sazonalidade (uso do solo) !

MÉTODO RACIONAL ¨ É para determinação de vazões de projetos em bacias com área de até 50 hectares – 500.000,00 m² ou 0,50 km² ¨. ¨ Vale também para aplicação em cálculos de vazão em áreas residenciais, industriais e loteamentos ¨ . ¨ Trata-se de uma forma mais simples e rápida para determinação de vazões por sua simplicidade e os parâmetros aplicativos ¨. ¨ Este método, considera chuva de igual intensidade abrangendo por toda a bacia hidrográfica ¨.  

Fórmula : Q = C . i .A . D onde : MÉTODO RACIONAL Q = vazão C = coeficiente de deflúvio “ Run–Off ” i = intensidade da chuva A = área da bacia D = coeficiente de distribuição da chuva D=1 ( pressupõe chuvas de igual intensidade em toda a bacia hidrográfica )

- O método racional pressupõe hipóteses:  a) - Distribuição uniforme da chuva em na bacia hidrográfica, isto é: ( D=1 ) ¨chuva uniforme em toda a bacia hidrográfica¨, o que pode levar a erros muito significantes se aplicarmos em bacia com áreas extensas. Por isso é que a área é limitada no máximo em 50 hectares; b) - O tempo de concentração tc, igual a duração da chuva; c) - O coeficiente de ¨runoff¨ constante para a bacia toda.

MÉTODO RACIONAL a) Período de retorno T em anos onde:   5 > T > 10 anos, para projetos de galerias de águas pluviais “ GAP ”. T=25 anos, para macro drenagem urbana como canais, pontes e bueiros. L = extensão do curso d´água em km. H = Desnível entre a cabeceira do rio até o local da obra “ponto” em metros ( m ).

b) Duração da chuva ( t ) : Equivale ao tempo de contração ( tc ) da bacia e para avaliar, no caso de macro drenagem utiliza-se a fórmula de “ Kirpch ”. com tc em minutos

L = extensão do curso d´água em km. EQUAÇÃO BÁSICA 1 ¨ tc ¨ L = extensão do curso d´água em km. H = Desnível entre a cabeceira do rio até o local da obra “ponto” em metros ( m ). Obs.: SEGUIR SEMPRE AS UNIDADES

EQUAÇÃO BÁSICA 2 ¨tc ¨ Ou calcula-se por:   tc = tempo de concentração em minutos ( min. ). L = Extensão do curso d´água em ( km ). I = Declividade do curso d´água em metro ( m ) por mil metros ( % ).

Q = C . i .A . D ( equação básica ) MÉTODO RACIONAL - Exemplo Dados:   C = 0,5 ( coeficiente de run-off ou de escoamento superficial – deve ser verificado no local ou por foto interpretação ) tc = ( tempo de concentração ) h = 15,08 mm ( altura da precipitação ) A = 0,073 km2 ( área da bacia ) L = 1420 m I=64m = 0,045 m/m Q = C . i .A . D ( equação básica ) Q = vazão C = coeficiente de deflúvio “ run-off ” i = intensidade da chuva A = área da bacia D= 1 ( coeficiente de distribuição espacial da precipitação ) Resultado: Q = _____ m3/min

MÉTODO RACIONAL Dados:   C = 0,5 (coef. de runoff) terreno barro argilo-arenoso tc = 20,08 minutos (tempo de concentr.) h = 15,08 mm (altura da precipitação)  i = tc = 44,94mm porque o método preceitua que a intensidade da chuva é o mesmo do tempo de concentração. Se choveu 15,08mm em 20,08 minutos, a projeção é de 44,94mm em uma hora. A = 0,073 km2 (área da bacia) Q = C . i .A . D (EQUAÇAO BÁSICA) Q = vazão (m³/s) C = coeficiente de deflúvio “ Run–Off ” i = intensidade da chuva (mm/h) A = área da bacia (km²) D = 1   Resultado: Q = 0,94 m3/min Terra cultivada: Declividade 0 a 5% Declividade 5 a 10% Declividade 10 a 30% 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80   Tabela I (Drenagem na Agricultura) Terreno barro arenoso Terreno barro argilo-arenoso Terreno argiloso

EXISTEM OUTROS MÉTODOS F I M ! Método racional ! Não se esqueçam ! EXISTEM OUTROS MÉTODOS

MÉTODO I – PAI – WU ESTUDO HIDROLÓGICO PARA BACIA COM ÁREA ATÉ 200 km² ( É UM MÉTODO APLICATIVO RECOMENDADO PELO DAEE ) Departamento de Águas e Energia Elétrica- DAEE É o órgão gestor dos recursos hídricos do Estado de São Paulo. www.daee.sp.gov.br/

COEFICIENTE DE FORMA ¨ C1 ¨ Cálculo do coeficiente de forma “ C1 ” Tp C1 = tp onde: tp = tempo de pico “ ascensão volumétrica ” tc = tempo de concentração   ou obtem-se C1 pela fórmula sintética: 4 ( 2 Kf ) onde: Kf = fator de forma

PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C ¨ C = f . C2 / C1 onde:   f = 2 . V1 / v “ f ”, relaciona o volume escoado da parte ascendente do hidro- grama “V1”, admitindo, com forma triangular e o volume total do escoamento superficial “VT”, conforme este gráfico : vazão Volume ascendente C2 = VT / Ie A , onde:   VT = Volume Total. V1 = Volume do trecho ascendente. Ie = chuva efetiva tempo

PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C2 ¨

PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C2¨ C2 = VT / Ie A , onde:   Ie = É a quantidade de chuva efetiva que passa pela seção estudada, (exutório) descontada as perdas durante a ocorrência da chuva, e considerando-se como perdas na chuva, as infiltrações no solo, interceptações pela cobertura vegetal e o armazenamentos da água superficial em pontos dentro da bacia como depressões, diferencial negativo no sentido jusante ao escoamento (variações topográficas).   Assim, para aplicar este método, de início determina-se a chuva crítica, que é a chuva de projeto. A parcela dessa chuva de projeto que se infiltra no solo, depende do grau de impermeabilização, assim, consideram-se: - o uso e ocupação do solo, - grau de urbanização, - cobertura vegetal, - tipo de solo, conforme tabela sequente.

PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C ¨ O coeficiente “C2” é determinado pela ponderação dos coeficientes das áreas parciais ou sub-bacias, e que são classificados pelo grau de impermeabilidade conforme tabela abaixo.

PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C ¨ A desigualdade da distribuição das chuvas na bacia deve ser considerada aplicando-se de um coeficiente redutor “ K ”, de distribuição de chuvas. A determinação da intensidade da chuva se faz similarmente da do método racional com base nas “ equações de chuva ” apresentadas nos slides anteriores ” .

VAZÃO DE CHEIA Determinação da vazão de cheia “ Q ”. Q = 0,278 . c . i . A0,9 . K Onde: C = coeficiente de escoamento, determinado no item 11 i = intensidade de chuva, determinado no item 8 A = área da bacia hidrográfica, determinada pela planta cartográfica K = coeficiente de distribuição espacial, determinado no item 10 através do ábaco

ÁBACO PARA DETERMINAR ¨K Veja em zoom Fonte manual do DAEE Entrar em x com a área em km² Obter em y o valor de k%

ÁBACO PARA DETERMINAR ¨K 24 hs 6 hs 3 hs 1 hora 30min Fonte manual do DAEE Entrar em x com a área em km² Obtenha em y o valor de k%

COEFICIENTE DE DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL Cálculo do coeficiente de distribuição espacial da chuva. Deve-se lançar no ábaco em abscissa a área da bacia hidrográfica em função do tc em horas, rebatendo em ordenada o valor de K%. ADOTA-SE O VALOR 0,99 ( devido à área da bacia ser pequena )

VAZÃO MÁXIMA DE PROJETO Cálculo da vazão máxima de projeto “Q p”. Q p = Q b + Q Onde: Q = vazão de cheia, determinado no item 13 Q b = vazão de base majorativa   Q b = Q . 0,10

OUTRAS FÓRMULAS BÁSICAS FORMULAS Tc NA SEQUÊNCIA OUTRAS FÓRMULAS BÁSICAS

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO - Tc (min) = 4,54 A(km²) ( para regiões planas ) FÓRMULAS EMPÍRICAS -       Tc (min) = 4,54 A(km²) ( para regiões planas ) Ventura A (km²) Tc(min) = 4,54 ( para regiões com declives ) I (m/km) Ventura

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO - FÓRMULAS EMPÍRICAS -       Tc (min) = 345,6 A(km²) . I (m/km) ( para regiões planas ) Passini

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO tc = tempo de concentração em minutos. Kirpch tc = tempo de concentração em minutos. L = extensão do curso d´água em Km. H = Desnível entre a cabeceira do rio até o local da obra “ponto de projeto ou exutório” em metros.

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO tc = tempo de concentração em minutos. L = extensão do curso d´água em km. H = Declividade do curso d´água em metro por mil metros (º/00)