Aula_1escoamento

Nivelamento para a Área de Nivelamento para a Área de Recursos Hídricos – PEC/ Recursos Hídricos – PEC/

COPPECOPPE

HidrologiaHidrologia

Enchente ou inundação?Enchente ou inundação?

Enchente (ou cheia): evento que resulta da Enchente (ou cheia): evento que resulta da incapacidade temporária de um canal de incapacidade temporária de um canal de drenagem (rio, córrego, etc.) conter, em sua drenagem (rio, córrego, etc.) conter, em sua calha normal, o volume de água por ele calha normal, o volume de água por ele recebido, ocasionando o extravasamento da recebido, ocasionando o extravasamento da água excedente. água excedente.

PASTORINO - PASTORINO - Enchente (ou cheia) ≠ inundaçãoEnchente (ou cheia) ≠ inundação

O fluxo fluvial apresenta variações periódicas O fluxo fluvial apresenta variações periódicas de volume, as quais nem sempre implicam de volume, as quais nem sempre implicam em extravasamento; as águas ficam contidas em extravasamento; as águas ficam contidas nos limites do leito das cheias ordinárias. nos limites do leito das cheias ordinárias.

Enchente ou inundação?Enchente ou inundação? CHRISTOFOLETTI – 4 tipos de leitos: de vazante, menor, maior CHRISTOFOLETTI – 4 tipos de leitos: de vazante, menor, maior

sazonal e maior excepcional. sazonal e maior excepcional. De vazante: espaço ocupado pelo escoamento das águas baixas, De vazante: espaço ocupado pelo escoamento das águas baixas,

acompanhando a linha de maior profundidade do canal acompanhando a linha de maior profundidade do canal (talvegue). (talvegue).

Leito menor: espaço bem delimitado, com margens geralmente Leito menor: espaço bem delimitado, com margens geralmente bem definidas, e no qual a freqüência de escoamento é suficiente bem definidas, e no qual a freqüência de escoamento é suficiente para impedir o estabelecimento de vegetação. para impedir o estabelecimento de vegetação.

Leito maior, sazonal ou excepcional: Leito maior, sazonal ou excepcional: Critério -> periodicidade das cheias. Critério -> periodicidade das cheias.

Leito sazonal: contém cheias regulares. Leito sazonal: contém cheias regulares. Leito excepcional: contém cheias de freqüência irregular, não Leito excepcional: contém cheias de freqüência irregular, não

menos que um ano. Leito maior excepcional sofre intervenção menos que um ano. Leito maior excepcional sofre intervenção antrópica. antrópica.

PASTORINO - inundação é o extravasamento de água que atinge PASTORINO - inundação é o extravasamento de água que atinge o leito maior excepcional. o leito maior excepcional.

Vazões de EnchentesVazões de Enchentes

Problema: Estimar cheias de cursos Problema: Estimar cheias de cursos d’águad’água

Soluções:Soluções: Métodos:Métodos:

Formulas empíricas;Formulas empíricas; Métodos estatísticos;Métodos estatísticos; Método Racional;Método Racional; Métodos Hidrometereológicos.Métodos Hidrometereológicos.

Métodos de previsão de vazõesMétodos de previsão de vazões

Fórmulas Empíricas: Fórmulas Empíricas: Q = f (característica física da bacia)Q = f (característica física da bacia)

Ex: Área, precipitaçãoEx: Área, precipitação Galgadas em experiência profissional.Galgadas em experiência profissional.

Método RacionalMétodo Racional

Resume-se na aplicação da fórmula Resume-se na aplicação da fórmula racional:racional:

6,3

.. AiCQ m


Onde:Onde:• Q - Pico de vazao em mQ - Pico de vazao em m33/s/s• IImm - Intensidade média da precipitação - Intensidade média da precipitação

sobre toda a área drenada, de duração sobre toda a área drenada, de duração igual ao tempo de concentração, em igual ao tempo de concentração, em mm/h;mm/h;

• A - Área drenada em kmA - Área drenada em km22;;• C - Coeficiente de deflúvio - Relação C - Coeficiente de deflúvio - Relação

entre Q e I * A – Função, dentre outros, entre Q e I * A – Função, dentre outros, do Uso do Solo.do Uso do Solo.

Método RacionalMétodo Racional Fórmula deve ser utilizada com cautela, pois envolve Fórmula deve ser utilizada com cautela, pois envolve

simplificações e coeficientes subjetivos (Ex: C).simplificações e coeficientes subjetivos (Ex: C). Premissa: A máxima vazão, provocada por uma Premissa: A máxima vazão, provocada por uma

chuva de intensidade uniforme, ocorre quando todas chuva de intensidade uniforme, ocorre quando todas as partes da bacia passam a contribuir para a seção as partes da bacia passam a contribuir para a seção de drenagem.de drenagem.

Não é considerado no método: Não é considerado no método: • Armazenamento de água na bacia;Armazenamento de água na bacia;• Variações de intensidade de chuva e do coeficiente de Variações de intensidade de chuva e do coeficiente de

deflúvio durante o período estudado.deflúvio durante o período estudado. Método é impreciso para áreas grandes, pois Método é impreciso para áreas grandes, pois

simplificações se tornam menos prováveis.simplificações se tornam menos prováveis. RecomendaçõesRecomendações

• Linley & Franzini: < 5km2Linley & Franzini: < 5km2• Macrodrenagem de Luanda: 10 haMacrodrenagem de Luanda: 10 ha

Método RacionalMétodo Racional Detalhamento dos fatores:Detalhamento dos fatores: Área drenada (A): Fator de menor imprecisão, só é Área drenada (A): Fator de menor imprecisão, só é

limitado pela precisão do levantamento limitado pela precisão do levantamento topográfico/ aerofotogramétrico/ imagens de topográfico/ aerofotogramétrico/ imagens de satélites.satélites.

Intensidade média de precipitação (Im): Valor Intensidade média de precipitação (Im): Valor médio no tempo e no espaço. Intensidade médio no tempo e no espaço. Intensidade instantânea de uma precipitação sobre um instantânea de uma precipitação sobre um pluviógrafo (acréscimo de precipitação sobre pluviógrafo (acréscimo de precipitação sobre intervalo de tempo) é extremamente variável. É intervalo de tempo) é extremamente variável. É usada a máxima média observada num certo usada a máxima média observada num certo intervalo de tempo para o período de retorno intervalo de tempo para o período de retorno fixado. A duração da chuva para a situação mais fixado. A duração da chuva para a situação mais crítica é igual ao tempo de concentração da bacia.crítica é igual ao tempo de concentração da bacia.

Método Racional – Valores a adotarMétodo Racional – Valores a adotar

Período de recorrência (Tr):Período de recorrência (Tr):

Intensidade média depende da freqüência do Intensidade média depende da freqüência do evento, sendo inversamente proporcional.evento, sendo inversamente proporcional.

Premissa: Pico de vazão será gerado pelo pico Premissa: Pico de vazão será gerado pelo pico de precipitação / Tempo de recorrência da de precipitação / Tempo de recorrência da precipitação é o mesmo do que o da cheia precipitação é o mesmo do que o da cheia que ela provoca (não corresponde a realidade que ela provoca (não corresponde a realidade – é uma simplificação). Logo, o tempo de – é uma simplificação). Logo, o tempo de recorrência é escolhido como a recorrência da recorrência é escolhido como a recorrência da vazão de projeto.vazão de projeto.

Método Racional – Valores a adotarMétodo Racional – Valores a adotar

Duração da Chuva:Duração da Chuva:

• Chuva de projeto varia de maneira Chuva de projeto varia de maneira inversamente proporcional à sua inversamente proporcional à sua duração – No método Racional, o duração – No método Racional, o Tempo de duração da chuva deve Tempo de duração da chuva deve ser feito igual ao tempo de ser feito igual ao tempo de concentração na bacia.concentração na bacia.

Método Racional – Detalhamento dos fatoresMétodo Racional – Detalhamento dos fatores

Tempo de concentração:Tempo de concentração: Depende:Depende:

• da área da bacia;da área da bacia;• do comprimento e declividade do canal mais longo do comprimento e declividade do canal mais longo

(principal);(principal);• Comprimento ao longo do curso principal, desde o Comprimento ao longo do curso principal, desde o

centro da bacia até a seção de saída considerada;centro da bacia até a seção de saída considerada;• Forma da bacia;Forma da bacia;• Declividade média do terreno;Declividade média do terreno;• Declividade e comprimento dos afluentesDeclividade e comprimento dos afluentes• Rugosidade do canal;Rugosidade do canal;• Tipo de recobrimento vegetal;Tipo de recobrimento vegetal;• Distância entre o fim do canal e o espigão.Distância entre o fim do canal e o espigão.

Método Racional – Detalhamento dos Método Racional – Detalhamento dos fatoresfatores


(cont. tempo de conc.)(cont. tempo de conc.)

Não é constante, pode variar em uma Não é constante, pode variar em uma mesma área em função do estado de mesma área em função do estado de recobrimento vegetal, altura e distribuição recobrimento vegetal, altura e distribuição da chuva sobre a bacia;da chuva sobre a bacia;

Menor tempo de duração da chuva – maior Menor tempo de duração da chuva – maior erro no tempo de concentração.erro no tempo de concentração.• Obs.: Para Tr > 10 anos, a influência da Obs.: Para Tr > 10 anos, a influência da

vegetação é desprezível.vegetação é desprezível. Tc = f(características físicas)Tc = f(características físicas)

• Principalmente comprimento e declividade.Principalmente comprimento e declividade.

Tempo de concentraçãoTempo de concentração Fórmula de Picking:Fórmula de Picking:

Fórmula de Ven Te Chow:Fórmula de Ven Te Chow:

Fórmula de California Highways:Fórmula de California Highways:

31

2

3,5

I

Ltc

I

Ltc 20,25

385,03

57

H

Ltc


Coeficiente de Deflúvio/ de Coeficiente de Deflúvio/ de Escoamento: Relação entre volume Escoamento: Relação entre volume precipitado e volume escoado;precipitado e volume escoado;

A porcentagem da chuva que vira A porcentagem da chuva que vira escoamento superficial aumenta com escoamento superficial aumenta com a intensidade e duração da mesma;a intensidade e duração da mesma;


Coeficiente C:Coeficiente C:Indica a relação entre vazão máxima escoada Indica a relação entre vazão máxima escoada

e a intensidade média da precipitação, e a intensidade média da precipitação, ambas de mesma freqüência.ambas de mesma freqüência.

Não traduz simplesmente o resultado da ação Não traduz simplesmente o resultado da ação do terreno sobre a precipitaçãodo terreno sobre a precipitação

Depende: Depende: • da distribuição da chuva, na direção do da distribuição da chuva, na direção do

deslocamento da tempestade em relação ao deslocamento da tempestade em relação ao sistema de drenagem, da precipitação sistema de drenagem, da precipitação antecedente, das condições de umidade do solo antecedente, das condições de umidade do solo no início da precipitaçãono início da precipitação

Método Racional – Coeficiente CMétodo Racional – Coeficiente C Fórmula de Gregory:Fórmula de Gregory:

Fórmula de Bernard:Fórmula de Bernard:

Fórmula de Horner:Fórmula de Horner:

31.175,0 tC

n

máx

TrCC

100

145,00042,0log.364,0 rtC

Método Racional – Coeficiente CMétodo Racional – Coeficiente C

Ábacos:Ábacos:• Colorado Highway Department:Colorado Highway Department:

ExercícioExercício

Bacia de 2 kmBacia de 2 km22, metade da área composta , metade da área composta de matas coníferas (parte alta da bacia), e de matas coníferas (parte alta da bacia), e outra metade de área urbana outra metade de área urbana impermeabilizada (parte baixa);impermeabilizada (parte baixa);

Talvegue de 1 km de extensão, com Talvegue de 1 km de extensão, com declividade equivalente de 0,008 m/m;declividade equivalente de 0,008 m/m;

Estimar a vazão na seção exutória da Estimar a vazão na seção exutória da bacia, para uma dada chuva de Tempo de bacia, para uma dada chuva de Tempo de recorrência equivalente à 15 anos no Rio recorrência equivalente à 15 anos no Rio de Janeiro.de Janeiro.

Exercício - FormulárioExercício - Formulário Precipitação no Rio de Janeiro (Ulysses Alcântara):Precipitação no Rio de Janeiro (Ulysses Alcântara):

Tempo de Concentração (California Highways):Tempo de Concentração (California Highways):

Coeficiente de Escoamento (tabela do Colorado Coeficiente de Escoamento (tabela do Colorado Highways):Highways):

Fazer Média Ponderada com os coeficientes de acordo Fazer Média Ponderada com os coeficientes de acordo com as áreascom as áreas

74,0

15,0

)20(

.1239

t

Ti r

385,03

57

H

Ltc

Exercício – Método para ResoluçãoExercício – Método para Resolução

Variáveis a considerar:Variáveis a considerar:• Intensidade da precipitação – em função Intensidade da precipitação – em função

do período de recorrência e da duração;do período de recorrência e da duração;• Tempo de Concentração da bacia;Tempo de Concentração da bacia;• Área da bacia;Área da bacia;• Coeficiente de escoamento da bacia – CCoeficiente de escoamento da bacia – C

SoluçãoSoluçãoTempo de Concentração da bacia;Tempo de Concentração da bacia;

Intensidade da precipitação – em função do Intensidade da precipitação – em função do período de recorrência e da duração;período de recorrência e da duração;

Área da bacia;Área da bacia;2 Km2 Km22

Coeficiente de escoamento da bacia – CCoeficiente de escoamento da bacia – C

mmt

Ti r 122,110

)20597,25(

15.1239

)20(

.123974,0

15,0

74,0

15,0

min597,251000.008,0

15757

385,03385,03

H

Ltc

%5,5790.5,025.5,0 C

SoluçãoSolução

Aplicação da Fórmula Racional:Aplicação da Fórmula Racional:

smAiC

Q m3

178,356,3

2.122,110.57,0

6,3

..

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