Elielma Oliveira Bezerra

Elielma Oliveira Bezerra

ANLISE DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL DO RIO SO JOO

Palmas2007

Elielma Oliveira Bezerra


Monografia apresentada como requisito parcial da disciplina Trabalho de Concluso de Curso (TCC II) do curso de Engenharia Civil, orientado pelo Professor Mestre Carlos Spartacus da Silva Oliveira. Co-Orientador: Professor Mestre Silvestre Lopes de Nbrega

Palmas2007

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ELIELMA OLIVEIRA BEZERRA


Monografia apresentada como requisito parcial da disciplina Trabalho de Concluso de Curso (TCC II) do curso de Engenharia Civil, orientado pelo Professor Mestre Carlos Spartacus da Silva Oliveira. Co-Orientador: Professor Mestre Silvestre Lopes de Nbrega

Aprovado em Dezembro de 2007

BANCA EXAMINADORA

__________________________________________________Prof. M.Sc. Carlos Spartacus da Silva Oliveira

Centro Universitrio Luterano de Palmas

__________________________________________________Prof. M.Sc. Silvestre Lopes de NbregaCentro Universitrio Luterano de Palmas

__________________________________________________Prof. M.Sc. Rogrio Olavo Maon

Centro Universitrio Luterano de Palmas

Palmas2007

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DEDICATRIA

Ao meu pai Jaime Bezerra da Natividade

4

AGRADECIMENTOS

A Deus, pelo dom precioso da vida, por est ao meu lado, me

dando foras e sabedoria para seguir em frente;

Ao Centro Universitrio Luterano de Palmas, pela contribuio

em minha formao profissional;

Aos meus pais, que me ajudaram e acima de tudo me

ensinaram a viver a vida com dignidade; por iluminar meu

caminho com afeto e dedicao para que o trilhasse sem medo;

A meu irmo Jailton por sua energia, que positivamente muito

me ajudou;

A meu orientador Ms Carlos Spartacus, por transmitir seus

conhecimentos e experincias profissionais para a melhoria da

qualidade deste trabalho;

Aos amigos, por sua amizade, pela fora, pela compreenso e

colaborao que vocs tiveram comigo.

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EPGRAFE

A terra seca se transformar em lagos, e a terra sedenta em mananciais de guas

(Isaas 35: 7 a)

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RESUMO

BEZERRA, Elielma Oliveira. Trabalho de Concluso de Curso. 2007. ANLISE DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL DO RIO SO JOO. Curso de Engenharia Civil. Centro Universitrio Luterano de Palmas. Palmas Tocantins.

O mau uso dos mananciais um dos principais problemas que afetam o escoamento superficial de rios, j havendo tentativas de soluo nos pases mais desenvolvidos, mas ainda de grande vulto em nosso pas, a saber, a melhor alternativa de manter o nvel dgua em sua forma natural. Neste trabalho procurou conhecer as vazes do Rio So Joo situado na cidade de Palmas - TO. Primeiramente foi feito um monitoramento que permitiu conhecer as vazes mdias do manancial, no perodo de estiagem do ano de 2007, determinando a vazo mnima, que a vazo critica do nvel dgua do rio. Para uma melhor compreenso, ilustrou-se na forma de grfico, as vazes decorrentes, na qual demonstra o comportamento do manancial num perodo de 04 meses. Para encontrar a vazo mxima, foi determinada uma estimativa de ocorrncia de cheia, num perodo de 20 anos. Portanto atravs da anlise dessas vazes, chegou-se a concluso que, para o escoamento superficial do Rio So Joo no sofrer grandes alteraes, vai depender diretamente da preservao das caractersticas da bacia.

Palavras-chave: Anlise, Escoamento, So Joo.

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ABSTRACT

BEZERRA, Elielma Oliveira. work Conclusion de Course. 2007. ANALYSIS OF THE SO JOO RIVERS SUPERFICIAL DRAINING. Course of Engineering Civil. Centro Universitrio Luterano de Palmas. Palmas Tocantins.

The bad use of the sources is one of the main problems that affect the superficial draining of rivers; there are attempts of solution in the developed countries, but in our country is still a great shape, namely, the best alternative to keep the water level in its natural form. In this work, it searched to know the outflows of the So Joo River, located in Palmas city TO. At first, a tracking was done and it allowed to know the averages flows of the source, in the dry weather period of the year of 2007, determining the minimum flow, which is the critical flow of the river water level. For a better understanding, it was illustrated, in the graph form, the resulting flows, which show the behavior of the source in a four months period. To find the maximum flow, it was determined an estimative to occur an overflow, in a 20 years period. Therefore, through the analysis of these flows, the conclusion is that it will directly depend on the preservation of the source characteristics to the So Joo Rivers superficial draining dont suffer major changes.

Key-words: Analysis, Draining, So Joo River.

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Caractersticas da bacia.......................................................................................................................... 32Tabela 2 - Clculo da rea.......................................................................................................................................34Tabela 3 - Clculo da vazo.................................................................................................................................... 35Tabela 4 - Clculo da velocidade........................................................................................................................... 35Tabela 5 - Calculo de Vazo................................................................................................................................... 36Tabela 6 - Vazo x Intensidade.............................................................................................................................. 41Tabela 7 - Estimativa das vazes............................................................................................................................ 43

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LISTA DE GRFICOS

Grfico 1 - Curva das Vazes encontradas no perodo estiagem de 2007.............................................................. 36Grfico 2 Vazo mxima X intensidade.............................................................................................................. 41

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SUMRIO

...............................................................................................................................................................................11 1. INTRODUO................................................................................................................................................. 12 2. OBJETIVOS.......................................................................................................................................................14

2.1 Objetivo Geral .............................................................................................................................................. 14 2.2 Objetivos Especficos ................................................................................................................................... 14

3. JUSTIFICATIVA...............................................................................................................................................15 3.1 Estrutura do Trabalho ................................................................................................................................... 15

4. REFERENCIAL TERICO.............................................................................................................................. 17 4.1 Definio de Perda de gua ......................................................................................................................... 17 4.2 Sub-Bacia do Rio So Joo .......................................................................................................................... 21 4.3 Caracterizao do Manancial ....................................................................................................................... 21 4.4 Monitoramento da vazo do manancial ....................................................................................................... 22

5. MAPEAMENTO DA BACIA........................................................................................................................... 23 5.1 Sub-Bacia Caracterstica da Bacia ............................................................................................................ 24

6. HIDROMETRIA................................................................................................................................................25 6.1 Determinao da seco de escoamento. ..................................................................................................... 25 6.2 Determinao da velocidade de escoamento ................................................................................................ 25 6.3 Determinao da vazo - Vertedor Retangular ............................................................................................ 27

6.3.1 Frmula de Francis ................................................................................................................................ 28 6.4 Vazes de Enchente ..................................................................................................................................... 28

6.4.1 Mtodo Racional ................................................................................................................................... 29 7. RESULTADOS E DISCUSSES..................................................................................................................... 33

7.1 Clculo da rea, velocidade e vazo do Rio So Joo ................................................................................ 33 7.1.1 Clculo da rea (A) em metros quadrados ( m). .................................................................................. 34 7.1.2 Clculo da vazo (Q) em metros cbicos por segundo ( m/s). ............................................................ 35 7.1.3 Clculo da velocidade (V) em metros por segundo (m/s). .................................................................... 35

7.2 Clculo da Vazo Mxima no perodo de retorno de 20 anos. .................................................................... 36 7.3 Altura do nvel de gua na estimativa de cheia ............................................................................................ 42 7.4 Estimativa das vazes, em relao ao coeficiente de escoamento. .............................................................. 43

8. CONCLUSO .................................................................................................................................................. 44 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS...................................................................................................................45 ANEXO..................................................................................................................................................................46

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1. INTRODUO

A concentrao das atividades humanas em dada regio acirra a competio

pelos recursos existentes, e a gua um dos mais essenciais. Dada a importncia

que apresentam a conservao do meio ambiente e dos recursos naturais, para que

possam ser aproveitados por geraes futuras, necessrio conhecer o

funcionamento dos ecossistemas e os fatores que atuam sobre eles, a fim de obter

referenciais que permitam a avaliao da magnitude dos impactos ambientais

decorrentes da interveno do homem sobre os mesmos.

O crescimento populacional e as exigncias crescentes por energia e

alimentos esto impondo crescente demanda ao suprimento de gua doce. Para

prevenir a escassez, as naes devem exercer um gerenciamento mais eficiente

desse recurso, introduzir a reciclagem, prevenir a poluio, e promover a

conservao da gua (Corson, 1996).

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Mesmo os melhores e mais avanados sistemas de abastecimento de gua,

prev uma parcela de diminuio nos rios, porm necessrio que essa quantidade

seja estudada para que o rio no sofra grandes alteraes. No planejamento e

gerenciamento do uso dos recursos hdricos, o conhecimento das vazes

necessrio para se fazer um balano de disponibilidades e demandas ao longo do

tempo. O conhecimento da quantidade de um corpo de gua retirada de um rio de

fundamental importncia para verificar se populaes sero prejudicadas. A

combinao dessas informaes, caracterizadoras de um corpo dgua, propicia

subsdios para a anlise de um sistema aqutico, sendo fonte potencial de futuras

intervenes.

Este trabalho faz-se uma anlise do escoamento superficial do Rio So Joo,

rio no qual utilizado para abastecimento de regies na cidade Palmas - TO.

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2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Analisar o escoamento superficial do Rio So Joo.

2.2 Objetivos Especficos

Verificar as vazes ocorridas no perodo de estiagem (agosto novembro) do

ano de 2007.

Traar a curva das vazes monitoradas no Rio So Joo.

Fazer estimativa de previso de cheia no curso de gua.

Analisar as vazes, em relao ao coeficiente de escoamento.

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3. JUSTIFICATIVA

Com o crescimento populacional acelerado na cidade de Palmas TO, tornou

se necessrio implantao de sistema de abastecimento de gua. Juntamente

com esse sistema tornaram-se imprescindveis estudos que revelasse qual a

capacidade de distribuio de gua que os afluentes da bacia hidrogrfica da cidade

poderiam suportar sem que ocorresse a diminuio da mesma.

necessrio um estudo para verificar as vazes decorrentes ao longo do

tempo, para que quantifique valores que possam servir como base de novas

alternativas de distribuio de gua para o abastecimento de Palmas.

Isto se faz necessrio, pois o atual rio (Rio So Joo) est sendo utilizado

pela SANEATINS Companhia de Saneamento do Tocantins para o abastecimento

das regies de proximidades do rio.

3.1 Estrutura do Trabalho

Esta monografia foi dividida em cinco captulos mais as referncias

bibliogrficas.

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O primeiro captulo trata-se de um resumo introdutrio do tema em questo,

consta tambm neste captulo o objetivo do geral e especifico da monografia e um

pequeno relato onde justifica o porqu da necessidade da Anlise de escoamento

superficial de Rio So Joo na cidade de Palmas - TO.

No segundo capitulo encontra-se o referencial terico, neste captulo est o

contedo da monografia e suas fontes, nas quais foram feitas todas as pesquisas

bibliogrficas da mesma.

O terceiro captulo nos mostra como ser feito o trabalho atravs da

metodologia.

No quarto captulo esto os resultados e discusses, no qual esto expostos

os valores das vazes e frmulas para se calcular a vazo de rio.

No quinto captulo encerrando a monografia vem a concluso.

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4. REFERENCIAL TERICO

4.1 Definio de Perda de gua

Segundo (Azevedo Netto. J. M, 1998). Para orientao do combate s perdas

de gua, principalmente na rede de distribuio, necessrio defini-las.

Perda diferena entre o volume de gua produzido nas estaes de

Tratamento de gua (ETA) e o total dos volumes medidos nos hidrmetros, ou seja,

ndice de perdas a porcentagem do volume produzido que no faturada pela

concessionria dos servios.

Num sistema pblico de abastecimento de gua, a quantidade de gua

consumida varia continuamente em funo do tempo, das condies climticas,

hbitos da populao, e etc.

Segundo (Garcs, Lucas Nogueira, 1913). A gua sendo dos recursos

bsicos mais importantes da natureza. Os problemas jurdicos envolvidos no uso da

gua so variados e complexos: existe em todos os pases Cdigos das guas,

estabelecendo limitaes ao seu aproveitamento, de modo a garantir os direitos

coletivos e individuais ao adequado uso dos recursos hdricos. Algumas vezes esses

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direitos dizem respeito prpria sobrevivncia dos indivduos, outras vezes se trata

de aproveitar, com o maior rendimento econmico e social, os recursos hdricos de

toda uma bacia hidrogrfica com finalidades mltiplas, aproveitamento hidroeltricos,

abastecimento de gua s populaes urbanas e s indstrias, irrigao de terras de

cultura, navegao, e etc.

Segundo (Alvarez, Guillermo Acosta, 1988) O escoamento superficial

intimamente ligado s precipitaes atmosfricas. A anlise quantitativa da

correlao entre os dois fenmenos, particularmente importante para o estudo da

previso de cheias e secas.

Quando aplicao de interesse da engenharia, importa principalmente

conhecer o escoamento superficial que passa por um ponto determinado de um

curso de gua. Assim sendo, sero consideradas somente as medidas das guas

sujeitas em uma seo alimentada por certa rea de bacia contribuinte.

Segundo (N. L. de Sousa Pinto, 1976) Em sntese, o estudo de escoamento

compreende a coleta de dados bsicos, como por exemplo, a quantidade de gua

precipitada ou evaporada e a vazo dos rios; a anlise desses dados para o

estabelecimento de suas relaes mtuas e o entendimento da influncia de cada

possvel fator e, finalidade, aplicao dos conhecimentos alcanados para a soluo

de inmeros problemas prticos. Deixa, portanto, de ser uma cincia puramente

acadmica para se constituir em uma ferramenta imprescindvel ao engenheiro, em

todos os projetos relacionados com a utilizao dos recursos hidrulicos.

Segundo (J. A. Martins, 1976) O escoamento superficial o segmento do

ciclo hidrolgico que estuda o deslocamento das guas na superfcie da Terra. Esse

estudo considera o movimento da gua a partir da menor poro de chuva que,

caindo sobre um solo saturado de umidade ou impermevel, escoa pela sua

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superfcie, formando sucessivamente as enxurradas ou torrentes, crregos,

ribeires, rios e logos ou reservatrios de acumulao.

O escoamento superficial tem origem, fundamentalmente, nas precipitaes.

Parte da gua das chuvas interceptada pela vegetao e outros obstculos, de

onde se evapora posteriormente. Do volume que atinge a superfcie do solo, parte

retida em depresses do terreno, parte se infiltra e o restante escoa pela superfcie

logo que a intensidade da precipitao supere a capacidade de infiltrao no solo e

os espaos nas superfcies retentoras tenham sido preenchidos.

No incio do escoamento superficial forma-se uma pelcula laminar que

aumenta de espessura, medida que a precipitao prossegue, at atingir um

estudo de equilbrio.

As trajetrias descritas pela gua no seu movimento so determinadas,

principalmente, pelas linhas de maior declive de terreno e so influenciadas pelos

obstculos existentes. Nesta fase temos o movimento das guas livres.

medida que as guas vo atingindo os pontos mais baixos do terreno,

passam a escoar em canalculos que formam a microrrede de drenagem. Sob a

ao da eroso, vai aumentando a dimenso desses canalculos e o escoamento se

processa, cada vez mais, por caminhos preferenciais. Formam-se as torrentes, cuja

durao est associada, praticamente, precipitao; a partir delas, formam-se os

cursos de gua propriamente ditos, com regime de escoamento dependendo da

gua superficial e da contribuio do lenol de gua subterrneo. So as chamadas

guas sujeitas.

Chama-se rede de drenagem ao conjunto dos cursos de gua, desde os

pequenos crregos formadores at o rio principal.

E das suas grandezas caractersticas temos:

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Bacias Hidrogrfica : Bacia hidrogrfica ou bacia de contribuio de uma

seo de um curso de gua a rea geogrfica coletora de gua de chuva

que, escoando pela superfcie do solo, atinge a seo considerada.

Vazo : o volume de gua escoado na unidade de tempo em uma

determinada seo do curso de gua. Podemos distinguir as vazes normais

e as vazes de inundao. No primeiro caso esto as que, ordinariamente,

escoam no curso de gua e no segundo as que, ultrapassando um valor-

limite, excedem a capacidade normal das sees de escoamento dos cursos

de gua. So expressas em metros cbicos por segundo ou em litros por

segundo.

As vazes normais e as de inundao podem ser referidas a um instante

dado ou aos valores mximo, mdio ou mnimo de um determinado intervalo de

tempo (dia, ms ou ano). No estudo de correlao com as precipitaes, podem ser

expressas tambm em milmetros de gua por dia, ms ou ano, estendidos sobre a

rea da bacia hidrogrfica.

Chama-se vazo especfica ou contribuio unitria relao entre a vazo

em uma seo do curso de gua e a rea da bacia hidrogrfica relativa a essa

seo. comumente expressa em litros por segundo e por quilmetro quadrado.

Nvel de gua : a altura atingida pela gua na seo em relao a uma

determinada referncia. Pode ser um valor instantneo ou mdia em um

determinado intervalo de tempo (dia, ms, ano).

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4.2 Sub-Bacia do Rio So Joo

O Rio So Joo tem sua nascente nas proximidades de Morada do Sol, da

cidade de Palmas - TO. A Sub-Bacia em estudo apresenta uma extenso de 64,04

km aproximadamente. um corpo de distribuio de abastecimento de gua na

cidade de Palmas.

A mata ciliar no se encontra com grandes alteraes, verificando-se que a

vegetao predominante nas proximidades da bacia o serrado.

O Rio So Joo encontra-se bastante degradado, onde suas propriedades

fisica foram alteradas, verifincado-se uma grande diminuio do nivl dgua. Porm

isso devido: a utilizao para abastecimento humano e ao periodo de estiagem.

4.3 Caracterizao do Manancial

O Rio So Joo j vem sendo utilizado para abastecimento parcial de Palmas

- TO h alguns anos, os crescimentos urbanos, seguidos de um aumento acelerado

da populao, e ao periodo muito prolongado de estiagem, faz com que a manancial

perca a capacidade suporte, tornando-se futuramente insuficiente para atender a

demanda total de consumo de gua da populao da cidade.

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4.4 Monitoramento da vazo do manancial

Para ter conhecimento das vazes do manancial durante o periodo de

estiagem do ano de 2007, foi realizado um procedimento de calculo para determinar

as vazes do rio. O processo de calculo indica a mdia de vazo no periodo de

Agosto/2007 Novembro/2007.

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5. MAPEAMENTO DA BACIA

Bacia So Joo - Rio Principal

Bacia So Joo

Linha de limitao da Bacia

Curvas de nveis

Massas dgua

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5.1 Sub-Bacia Caracterstica da Bacia

Outras Vegetaes

Serrado

Palmeiral

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6. HIDROMETRIA

Tem por objeto o estabelecimento dos mtodos de determinao

experimental das grandezas que caracterizam os fenmenos hidrulicos.

6.1 Determinao da seco de escoamento.

Determinamos a seco de escoamento por meio de sondagens ou com

rgua graduada. Escolhida a seco fazemos descer a sonda em diversos pontos da

linha superficie livre nessa seco, pontos esses referidos a um ponto fixo da

margem. Poderemos, assim, desenhar por pontos a seco e medir a sua rea.

Essa determinao se simplifica no caso de condutos livres artificiais cuja seco,

em geral, tem forma geomtrica simples.

A = L x h

6.2 Determinao da velocidade de escoamento

Alguns dos mtodos estudados de determinao da velocidade nos forneciam

diretamente a velocidade mdia na seco de escoamento e, ento, teramos

imediatamente: Q = A x V onde A a seco de escoamento.

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Em outros mtodos, porm, obtemos a velocidade local em cada ponto da

seco ou a velocidade mdia em uma vertical da seco; a partir de um certo

nmero de valores dessa velocidade, referente a um certo nmero de pontos,

poderemos determinar a velocidade mdia na seco. Este o processo seguido

quando queremos certa preciso na medio; em particular, no caso da

determinao da vazo de grandes cursos dgua, no qual o molinete tem particular

aplicao para a determinao das velocidades locais nos diversos pontos da

seco. Para estes casos, a experincia tem mostrado que os melhores resultados

so obtidos subdividindo a seco de escoamento escolhida em uma srie de faixas

verticais, preferivelmente de igual largura e computando a vazo atravs da seco

como sendo:

V = Q/A

Onde ai a rea de uma faixa, Vi a velocidade mdia nessa faixa e n

nmero de faixa. Para a obteo de Vj, admitido que a velocidade mdia na

vertical situada no meio da faixa possa ser adotada como a velocidade mdia na

faixa toda.

Os diversos mtodos na prtica para a obteo da velocidade mdia em uma

vertical so os seguintes:

Mtodo dos pontos mltiplos A velocidade observada em um certo

nmero de pontos igualmente espaados na vertical, desde a superfcie livre

at o fundo.

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Mtodo dos pontos a 0,20 e 0,80 da profundidade Consiste na

determinao das velocidades nos pontos situados a 0,20 e a 0,80 da

profundidade e adoo da velocidade mdia desses dois valores.

Mtodo do ponto 0,60 da profundidade Teremos uma economia de tempo

se fizermos apenas uma observao, o que possivel fazendo a

determinao da velocidade no ponto a 0,60 (da profundidade medido a partir

superfcie livre) e adotando esse valor como a velocidade mdia na vertical.

Escolha da seco para medio: Na seleo do local para a medio da

vazo de curso dgua, conveniente que escolhemos uma seco

aproximadamente simtrica situada no fim de um trecho do conduto, onde as

perturbaes e turbulncias na corrente se reduziro a um mnimo.

A seco deve ser livre de irregularidades grosseiras e, se a medio tiver

que ser feita em um intervalo de tempo longo, o leito e as margens no devem ser

sujeitas a forte eroso.

6.3 Determinao da vazo - Vertedor Retangular

h

L

27

H

6 .3.1 Frmula de Francis

Q = 1,838 L h3/2

Onde:

H = Altura do vertedor

L = Largura do vertedor ou crista;

h = Altura do nvel dgua.

Portanto, uma vez que a largura do vertedor e a altura do nvel dgua em

cada monitoramento tenha sido determinada pelo mtodo acima descritos, temos a

descarga total naquela seco.

6.4 Vazes de Enchente

Os mtodos existentes fornecem valores mais ou menos aceitveis,

dependendo sempre do senso de julgamento e da experincia do projetista a

aplicao correta dos resultados obtidos.

Obras hidrulicas em pequenos rios ou crregos levam em considerao,

geralmente, a probabilidade de ocorrncia das vazes de dimensionamento. A

alternativa, para levar em conta os problemas de freqncia no caso de pequenas

bacias, lanar mo dos dados de percipitao pluvial.

28

6 .4.1 Mtodo Racional

O mtodo racional para a estimativa do pico de cheia resume-se

fundamentalmente no emprego da chamada frmula racional,

Q =(C x im x A) / 3,6

Onde:

Q = pico de vazo em m/s;

im = intensidade mdia da percipitao sobre toda a rea drenada, de

durano igual ao tempo de concentrao, em mm/h;

A = rea drenada em km;

C = coeficiente de deflvio, definido como a relao entre o pico de vazo por

unidade de rea e a intensiades mdia de chuva im.

Embora a determinao de racional d uma impresso de segurana, a

frmula deve ser manejada com extrema cautela, pois envolve diversas

simplificaes e coeficientes cuja compreenso e avaliao tm muito de subjetivo.

A expresso Q = C x im x A traduz a concepo bsica de que a mxima

vazo, provocada por uma chuva de intensidade uniforme, ocorre quando todas as

partes da bacia passam a contribuir para a seo de drenagem. O tempo necessrio

para que isto acontea, medido a partir do incio da chuva, o que se denomina de

tempo de concentrao da bacia.

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Neste raciocnio ignora-se a complexidade real do processamento do deflvio,

no se considerando, em especial, o armazenamento de gua na bacia e as

variaes da intensidade e do coeficiente de deflvio durante o transcorrer do

perodo de precipitao.

rea Drenada (A): A rea o elemento que se determina mais precisamente,

pois a nica limitao de ordem econmica. Pode-se a qualquer instante

ehetuar um levantamento preciso e obter a superficie desejada.

Normalmente, utilizam-se mapas ou fotografias aras para essa finalidade,

com suficiente grau de aproximo.

Intensidade mdia da precipitao pluvial (im): A intensidade considerada no

mtodo racional um valor mdio no tempo e no espao. O intervalo de

tempo que corresponde situao crtica, ou seja, durao da chuva a

considerar, ser igual ao tempo de concentrao da bacia.

Valores a adotar:

Perodo de recorrncia ou retorno (T= anos) : A intensidade mdia da

precipitao, quer seja obtida diretamente da anlise esttistica de chuvas em

reas, quer de valores puntuais, eventualmente corrigidos por um coeficiente

de abatimento, vai depeder da freqncia do evento considerado. Assim

sendo, a escolha do perodo de recorrncia deve ser feita de maneira idntica

das vazes de enchente admitindo-se que o tempo de retorno da

precipitao seja o mesmo da cheia que ela provoca.

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Tempo de concentrao (tc) : O tempo de durao da chuva deve ser feito ao

tempo de concentrao da bacia, ou seja, ao tempo necessrio para que toda

a rea de drenagem passe a contribuir para a vazo na seo estudada. De

maneira geral, o tempo de concentrao de um bacia qualquer depende dos

seguintes parmetros:

- rea da bacia;

- Comprimento e declividade;

- Forma da bacia;

- Tipo de recobrimento vegetal.

O tempo de concentrao no constante para dada rea, mas varia com o

estado de recobrimento vegetal e a altura e distribuio da chuva sobre a bacia.

Com a formula do California Culverts Practice, California Highways and Public

Works, temos que:

tc = 57 x (L/H)^0,385)

Onde:

tc = o tempo de concentrao, em minutos;

L = o comprimento do talvegue (Sub-Bacia), em quilmetros;

H = diferena de nvel entre o ponto mais afastado da bacia e o ponto

considerado, em metros.

Coeficiente de escoamento (C): Do volume precipitado sobre a bacia, apenas

uma parcela atinge a seo de vazo, sob a forma de escoamento superficial.

Isso porque parte interceptada ou umedece o solo ou preenche as

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depresses ou se infiltra rumo aos depsitos subterrneos. O volume

escoado , ento, um resduo do volume precipitado e a relao entre os dois

o que se denomina, geralmente, coeficiente de deflvio ou de escoamento.

Com o baco do Colorado Highway Department temos: limita-se, como

alguns outros, a tabelar os valores de C em funo das caractersticas da bacia.

Tabela 1 - Caractersticas da bacia

Caractersticas da bacia C em %

Superfcies impermeveis 90-95

Terreno estril montanhoso 80-90

Terreno estril ondulado 60-80

Terreno estril plano 50-70

Prados, campinas, terreno ondulado. 40-65

Matas decduas, folhagem caduca. 35-60

Matas conferas, folhagem permanente. 25-50

Pomares 15-40

Terrenos cultivados em zonas altas 15-40

Terrenos cultivados em vales 10-30

Para o clculo temos:

Cm = (C1 x A1 + C2 x A2 + C3 x A3) / At

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7. RESULTADOS E DISCUSSES

7.1 Clculo da rea, velocidade e vazo do Rio So Joo

Na bacia em estudo aproximadamente 64,04km de sua nascente, foi

estabelecido o ponto de estudo para a anlise de escoamento, onde encontra-se ali

um vertedor de forma simples, devido suas caractersticas ele classificado como

um vertedor retangular. O mesmo de grande importncia para a Hidromtria, pois

responde a questes tais como medidas de profundidade, de variao do nvel da

gua, das sees de escoamento, das presses, das velocidades, das vazes e etc.

Representao do Vertedor Retangular

h

L

33

H

O vertedor apresenta:

Comprimento de base (L) = 3,78m

Altura do vertedor (H) = 2,00m

7.1.1 Clculo da rea (A) em metros quadrados ( m).

Usando uma rgua graduada e escolhendo um ponto de anlise, fazemos a

medida do nvel dgua e determinamos a seo usando a forma geomtrica

A = L x h.

Onde:

L = largura do vertedor.

h = altura do nivl dgua.

Tabela 2 - Clculo da rea

Ms L (m) H (m) A (m)

Agosto 3,78 0,78 2,74Setembro 3,78 0,70 2,65Outubro 3,78 0,79 3,00

Novembro 3,78 0,95 3,60

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7.1.2 Clculo da vazo (Q) em metros cbicos por segundo ( m/s).

Atravs da determinao da largura do vertedor e a altura do nvel dgua,

temos a vazo total naquela seo, de acordo com a frmula de Francis

Q = 1,838 L h3/2

Tabela 3 - Clculo da vazo

Ms L (m) h (m) Q (m/s)Agosto 3,78 0,78 4,42

Setembro 3,78 0,70 4,07Outubro 3,78 0,79 4,88

Novembro 3,78 0,95 6,43

7.1.3 Clculo da velocidade (V) em metros por segundo (m/s).

Com os valores das vazes encontradas e as sees determinadas, podemos

atravs da equao da continuidade

V = Q/A.

Tabela 4 - Clculo da velocidade

Ms Q (m/s) A (m) V (m/s)Agosto 4,42 2,74 1,62

Setembro 4,07 2,65 1,56Outubro 4,88 3,00 1,63

Novembro 6,43 3,60 1,79

35

Q (m/s)

0

2

4

6

8

1 2 3 4

Q (m/s)

Grfico 1 - Curva das Vazes encontradas no perodo estiagem de 2007.

Tabela 5 - Calculo de Vazo

Ms Vazes (m/s)1 Agosto 4,42

2 Setembro 4,073 Outubro 4,88

4 - Novembro 6,43

Qmim = 4,07m/s ms de Setembro

Qmx = 6,43m/s ms de Novembro

7.2 Clculo da Vazo Mxima no perodo de retorno de 20 anos.

36

O calculo da mxima vazo est diretamente relacionada com a intensidade

mdia e ao tempo de concentrao.

Coeficiente de precipitaes da cidade de Palmas - TO K = 5970,547; a =

0,173; b = 35,519 e c = 1,041.

Comprimento da sub-bacia (L) = 64,04km.

rea total da sub-bacia (At) = 162,5km.

Declividade (d) = 7,02m/km.

Diferena de nvel entre o ponto mais afastado da bacia e o ponto

considerado

(H = L x d).

H = 450m.

Perodo de retorno (T) = 20 anos.

Tempo de concentrao:

Com a formula do California Culverts Practice, California Highways and Public

Works:

tc = 57 x (L/H)^0,385)

Onde:

H = 450m.

L = 64,04km.

tc = 57 x ((64,04)/450)^0,385

tc = 46,52mim

37

o tempo necessrio para que toda rea de drenagem contribua para vazo

na seo estudada.

Intensidade mdia:

Atravs dos coeficientes de precipitaes da cidade de Palmas TO, o tempo

de concentrao e perodo de retorno solicitado, teremos o valor mdio no tempo e

no espao, ou seja, intensidade mdia.

Onde:

K = 5970,547

a = 0,173

b = 35,519

c = 1,041

T = 20 anos

tc = 146,52mim

im = K x (T^a) / (tc +b)^c

im = (5970,547 x (20^0,173)) / (146,52 + 35,519)^1,041

Im = 44,49 mm/h

38

Coeficiente mdio de escoamento:

Dividindo a Sub-bacia em trs reas e caracterizando-as de acordo com o

baco do Colorado Highway Department, temos o coeficiente de escoamento devido

s caractersticas da bacia, essas caractersticas so determinadas de acordo com

as vegetaes existentes em torno da sub-bacia.

Caracterstica da sub-bacia: Prados, campinas, terreno ondulado.

Coeficiente de escoamento (%): 40 65.

A1 A2

A3

At = 162,5km.

A1 = 50,30km A2 = 44,02 km A3 = 68,18 km

C1 = 0,42 C2 = 0,40 C3 = 0,50

Cm = (C1 x A1 + C2 x A2 + C3 x A3) / At

39

Cm = (0425 x 50,30 + 0,4 x 44,02 + 0,5 x 68,18) / 162,5

Cm = 0,45adimens

Vazo Mxima:

Usando a frmula racional e os valores do coeficiente de escoamento,

intensidade e rea total da sub-bacia, encontraremos o pico de vazo ou vazo

mxima, que ocorrer no perodo de 20 anos.

Onde:

At = 162,5km.

Cm = 0,45adimens

Im = 44,49 mm/h

Qmx =( Cm x im x At) / 3,6

Qmx = (0,45 x 44,49 x 162,5) / 3,6

Qmx = 903,7m/s

40

Grfico 2 Vazo mxima X intensidade

Fazendo uma variao da intensidade de 5 em 5, veremos as vazes

decorrentes no intervalo de 20 anos.

Tabela 6 - Vazo x Intensidade

Intensidade (mm/h) Vazo (m/s)5 33510 50615 63520 72525 79530 83735 865

MONITORAMENTO DE VAZO e INTENSIDADE DO RIO SOJOO

0100200300400500600700800900

1000

5 10 15 20 25 30 35 40 44,49

I ( mm/h)

Q

(m

/s)

903, 7

41

40 88745 911

7.3 Altura do nvel de gua na estimativa de cheia

Velocidade m xima

Usando a formula da continuidade Sabendo que:

Qmx = 903,7m/s

At = 162,5km.

Vmx = Qmx/At

Vmx = 903,7 / 162,5

Vmx = 5,56m/s

Altura mxima

Com a vazo mxima e comprimento da base do vertedor, definimos a altura

do nvel dgua.

Portanto temos:

L = 3,78m

Qmx = 903,7m/s

Q = 1,838 L h3/2

42

h3/2 = 903,7 / 6,95

h = 11,40m

Com isso ocorrer a ultrapassagem do nvel dgua sobre o vertedor a

estimativa de enchente.

7.4 Estimativa das vazes, em relao ao coeficiente de escoamento.

Usando o mtodo racional Q = (C x i x A) / 3,6 e considerando que a

intensidade mdia e a rea da sub-bacia seja constante, e variarmos o coeficiente

de escoamento de 0,05 em 0,05, nos permiti analisar o comportamento da vazo.

Tabela 7 - Estimativa das vazes.

C (adimens) i (mm/h) A (km) Q = (m/s)

0,5 44,49 162,5 1004,11

0,55 44,49 162,5 1104,52

0,6 44,49 162,5 1204,93

0,65 44,49 162,5 1245,10

0,7 44,49 162,5 1405,76

0,75 44,49 162,5 1506,17

0,8 44,49 162,5 1606,60

0,85 44,49 162,5 1707,00

0,9 44,49 162,5 1807,41

0,95 44,49 162,5 1907,82

43

8. CONCLUSO

Os resultados apresentado sobre o coeficiente de escoamento e a vazo

mxima baseado no mtodo racional esto limitados pelo seguinte:

1 As bacias pequenas onde o mtodo pode ser aplicado;

2 Ao uso para situaes limites, como o deste trabalho, sem um

compromisso com um evento especfico;

3 A variabilidade que o coeficiente de escoamento possui em funo dos

outros componentes da bacia como: declividade, perdas inicias, outros tipos de

cobertura, tipo de solo, entre outros;

De outro lado, a equao do coeficiente de escoamento permitiu analisar o

impacto desse coeficiente na bacia. Aonde pde verificar que a cada 0,05 de

coeficiente de escoamento, ocorrer um aumento de aproximadamente 5% na vazo

da bacia, passando de 903,7m/ s para 1004,11 m/ s e assim por diante. Estes

nmeros so mdios e dependem de toda a anlise realizada neste trabalho, no

qual permitiu analisar o impacto quantitativo das aes sobre o Rio So Joo.

44

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ALVAREZ, Guillermo Acosta. Hidrologia, 2 ed. So Paulo: Edgard Blcher, 1988.

CARLOS, E. M. Tucci, PORTO, Rubem La Laina, BARROS, Mrio T. de. Drenagem Urbana. Porto Alegre: ABRH/ Editora da Universidade/ UFRGS, 1995.

GARCS, Lucas Nogueira. Elementos de Engenharia Hidrulica e Sanitria. 2 ed. So Paulo: Edgard Blcher, 1976.

JR, Joel Carlos Zukowski; DIAS, Jucylene Maria de C. S. Borba. Manual para Apresentao de Trabalhos Acadmicos e Relatrios Tcnicos. Canoas: ULBRA, 2002.

MARQUES, David da Motta, e outros. Avaliao e controle da drenagem Urbana. Porto Alegre: Ed. Universidade/ UFRGS, 2000.

NELSON, L. de Sousa Pinto, e outros. Hidrologia Bsica. So Paulo: Edgard Blcher, 1976.

NEVES, Eurico Trindade. Curso de Hidrulica, 9.ed. So Paulo: Globo, 1989.

45

ANEXO

46

52

2.1 Objetivo Geral2.2 Objetivos Especficos3.1 Estrutura do Trabalho4.1 Definio de Perda de gua4.2 Sub-Bacia do Rio So Joo4.3 Caracterizao do Manancial4.4 Monitoramento da vazo do manancial5.1 Sub-Bacia Caracterstica da Bacia6.1 Determinao da seco de escoamento.6.2 Determinao da velocidade de escoamento6.3 Determinao da vazo - Vertedor Retangular6.3.1 Frmula de Francis

6.4 Vazes de Enchente6.4.1 Mtodo Racional

7.1 Clculo da rea, velocidade e vazo do Rio So Joo7.1.1 Clculo da rea (A) em metros quadrados ( m).7.1.2 Clculo da vazo (Q) em metros cbicos por segundo ( m/s). 7.1.3 Clculo da velocidade (V) em metros por segundo (m/s).

7.2 Clculo da Vazo Mxima no perodo de retorno de 20 anos.7.3 Altura do nvel de gua na estimativa de cheia7.4 Estimativa das vazes, em relao ao coeficiente de escoamento.

Elielma Oliveira Bezerra

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