Fluviometria - Estudo das Águas Fluviais, Estação Fluviométrica e Terminologia

18 FLUVIOMETRIA 01 FLUVIOMETRIA É o estudo das águas fluviais rios ribeirões córregos tendo como principal objetivo determinar o volume de água escoada na unidade de tempo numa determinada seção de um curso dágua ou somente o nível dágua 02 ESTAÇÃO FLUVIOMÉTRICA F Consiste basicamente na instalação de réguas graduadas escalonadas ao longo da margem de tal forma que permita a um observador realizar as leituras de cota do rio As réguas são amarradas a uma referência de nível RN 03 TERMINOLOGIA Deflúvio é o volume dágua total que passa em determinado tempo em uma seção transversal de um curso dágua Descarga ou vazão é o deflúvio na unidade de tempo expressa em metros cúbicos por segundo ou em litros por segundo Descarga específica é a descarga por unidade de área de drenagem expressa geralmente em litros por segundo por quilômetros quadrados Cota Cota Linnimétrica ou Cota Fluviométrica é a altura da superfície dágua referida ao zero de uma escala graduada em centímetros 04 SEÇÃO DE MEDIÇÃO E RÉGUAS A escolha da seção de medição e local das réguas merecem um reconhecimento da calha do rio o qual deve ser orientado nos seguintes requisites básicos Trecho reto ambas as margens bem definidas A seção deve localizar fora de remansos Leito regular e estável 19 As réguas devem estar localizadas a montante do controle O acesso a seção deve ser fácil As margens devem ser estáveis Deve existir um observador próximo a seção de réguas As medições de descargas deverão ser realizadas sempre na mesma seção 05 CONTROLE O controle poderá ser natural ou artificial No primeiro caso poderá apresentarse como uma corredeira um ressalto em rocha etc proporcionando assim condições para uma relação unívoca das descargas em relação as cotas No segundo caso poderemos ter uma pequena soleira submersível uma pequena barragem ou um vertedor construído com a finalidade de estabilizar a relação cotadescarga 06 INSTALAÇÃO DA SEÇÃO DE RÉGUAS Para a instalação das réguas ou lances de réguas devese obedecer as seguintes recomendações fixar as réguas em suporte de madeira de lei instalar as réguas em local relativamente protegido e de menor probabilidade de ser atingido por troncos arrastados pelo rio instalar pelo menos duas RNs em locais firmes e protegidas preferencialmente em estruturas em caráter permanente rochas pontes O primeiro RN deve estar localizado junto às réguas num nível raramente alcançado pelo rio Os lances das escalas réguas deverão ser alinhados numa normal ao eixo do curso dágua O zero da escala deverá ficar abaixo do nível mínimo a que possam chegar as águas a fim de se evitar leituras negativas 20 ESCALA FLUVIOMÉTRICA Fixação em margem de terra com declive suave 21 ESCALA FLUVIOMÉTRICA Fixação em margem de terra com declive abrupto 22 ESCALA FLUVIOMÉTRICA Fixação em rocha 23 LINÍGRAFO Instalação de um linígrafo de bóia 24 07 LINÍGRAFO O linígrafo é um equipamento que registra as cotas ou níveis dágua em um papel gráfico Consiste de um mecanismo que registra as variações de níveis e de mecanismo de tempo a fim de mover um diagrama a uma velocidade uniforme A estação fluviométrica que tem um linígrafo à chamada de estação fluviográfica Fr O linígrafo deve ser instalado em margem estável a uma altura acima da enchente máxima prevenindose contra uma possível destruição do aparelho O poço do linígrafo pode ser de tubos de aço corrugado ou de concreto Em mananciais com grande declividade e com variação rápida de nível dágua à aconselhável utilizar o linígrafo Atualmente os linígrafos estão sendo substituídos por plataforma de coleta de dadosPCD e por datalloger que é um equipamento automático que registra a variação do nível dágua e armazena em uma memória 08 OBSERVAÇÕES FLUVIOMÉTRICAS As observações nas estações fluviométricas são realizadas diariamente às 7 e 17 horas por um observador que anota na caderneta as cotas lidas na régua em cm Sempre que possível em épocas de cheias devese realizar maior número de leitura indicando a hora e a cota atingida pelo pico de cheia Durante os picos excepcionais em que a última régua for ultrapassada o observador deve marcar em lugar firme o nível alcançado pelo rio 09 MEDIÇÃO DE DESCARGA As medições de descarga líquida podem se classificadas em diretas e indiretas As medições diretas são aquelas que por meio de instrumentos determinase o volume total escoado na seção por unidade do tempo 25 Os principais tipos de medição direta são com molinete com flutuadores com vertedor com ADCPAcoustic Doppler Current Profiler e químicos As medições de descargas indiretas são todas baseadas em fórmulas hidráulicas Molinetes São instrumentos utilizados para medir a velocidade da água Os dois tipos mais usados são o Price que é americano e o OTT que á alemão O Price Gurley possui eixo vertical e é provido de conchas O OTT possui eixo horizontal e seu equipamento rotor á uma hélice Cada molinete tem uma equação do tipo V anb onde n é o número de rotações por segundo a e b são constantes do aparelho e V é a velocidade em ms Os molinetes devem ser aferidos regularmente ou quando ocorrem acidentes com os mesmos Flutuadores O método dos flutuadores para medir a velocidade consiste cm observar o tempo necessário para um objeto flutuante deslocarse num trecho de rio de comprimento conhecido O flutuador pode ser uma garrafa com água dentro um pedaço de madeira etc Vertedor Este método consiste em fazer passar todo o volume dágua em vertedores retangulares e triangulares São utilizados para riachos e pequenos córregos A medida da vazão é encontrada através de fórmula com base na variação do nível em função da crista do vertedor ADCP O ADCP é um equipamento utilizado para medir a velocidade da água através de transmissão de pulsações acústicas Tratase de um sonar que utiliza o som para medir a velocidade da água através do efeito Doppler 26 Processos químicos Consiste em lançar à corrente de água uma substância química e depois tirar amostras na seção escolhida que serão dosadas permitindo o conhecimento da descarga a partir da diluição verificada Existe uma proporcionalidade entre as concentrações e descargas Método dos molinetes hidrométricos Esse equipamento é hoje em dia o mais difundido para a medição de vazão velocidade devida a sua versatilidade e precisão Consiste basicamente em uma hélice cuja rotação é proporcional à velocidade do líquido Geralmente a hélice é ligada a um sistema de engrenagens que a cada 1 5 ou 10 voltas atua num contato elétrico Isso permite ao operador na superfície saber a velocidade do filete que está sendo analisado A Figura mostra segundo a NB 288 da ABNT vários tipos de molinete Os molinetes apresentam uma equação características V an b em que V é a velocidade n a rotação da hélice por segundo e as constantes a e b relacionam essas grandezas Os valores de a e b podem mudar Figura Vários tipos de molinete a molinete stoppani utilizado em seções irregulares b molinete Ott recomendada sua utilização em águas limpas c molinete Ott de pás enviezadas também para águas limpas d molinete DumasHeyrpic e micromolinete Ott f molinete amaler de pás com arestas enviezadas g molinete Ott tipo F para 27 escoamento obliquo em torno de 20 h molinete Ott tipo A para escoamento obliquo em torno de 45 Os tipos de a a f são para escoamentos predominantemente axiais 10 MEDICÃO DE DESCARCA COM FLUTUADORES Neste método podemos usar como flutuador uma garrafa fechada com água em 13 do seu volume ou uma esfera lastreada Escolhese um trecho reto do curso dágua cujo o leito seja uniforme sem vegetação e onde a água flua serenamente Medese o comprimento do trecho que se possível deve ser superior a 07 metros marcandose o seu início e o seu fim o que pode ser feito com duas cordas amarradas em estacas cravadas nas margens e em posição perpendicular ao eixo do córrego Em seguida colocase a alguns metros a montante do início do trecho escolhido o flutuador O flutuador deve ser colocado em posições diferentes no meio e afastado do meio tanto para direita como para esquerda porém não muito próximo das margens Com um cronômetro determinase o tempo que o flutuador gasta para percorrer o trecho O tempo deve ser em segundos e devese tomar pelo menos 6 tomadas de tempo e tirar a média As áreas das seções transversais limitadas pelos níveis dágua e o fundo do córrego devem ser determinadas no mínimo para os pontos inicial e final do trecho de medição A vazão Q em m3s pode ser calculada pela fórmula Q KLA t onde L comprimento do trecho medido entre as duas seções transversais em m 28 A média das áreas das seções transversais em m2 t tempo médio do percurso do flutuador em segundos K coeficiente de correção de velocidade superficial para velocidade média na seção de medição 070 K 090 11 MEDIÇÃO DE DESCARGA COM MOLINETES Basicamente usamos dois tipos de molinetes para de terminar a velocidade da água em várias distâncias da superfície Temos o molinete Gurley de eixo vertical tipo Price e o molinete Ott de eixo horizontal O molinete Gurley tem uma roda de capacetes montada num eixo vertical apoiado em dois descansos Na parte superior o eixo move um contato colocado no interior de uma câmara Este contato produz um impulso cada uma ou cada cinco revoluções É muito importante não confundir o contato que está sendo usado Não é recomendável usar este molinete nos seguintes casos a Medições a haste em rios de pouca profundidade b Medições em seções com muita turbulência O molinete Ott é um molinete de câmara coberta e de tamanho relativamente grande É possível usar este molinete com uma grande variedade de hélices o que o faz muito versátil Seus inconvenientes são a ao usar em rios com sedimentos podo travarse a hélice b a equação de aferição muda com qualquer deformação da hélice o que pode ocorrer se o molinete á batido durante o transporte ou na medição 29 Foi determinado experimentalmente que a velocidade da água em qualquer ponto da seção apresenta uma variação cíclica de tal forma que o molinete deverá permanecer um mínimo de 40 segundos em todo ponto a fim de que seja obtida uma média das velocidades A determinação da velocidade média na vertical poderá ser obtida por qualquer um dos métodos descritos a seguir Integrador Neste processo fazemos o molinete descer até que o lastro venha a tocar o leito quando então fazemos o mesmo retornar a superfície com uma velocidade de ascensão constante A velocidade obtida a partir do número de rotações e tempo em segundos durante a operação de integração será a velocidade média Velocidade a múltiplos pontos medição detalhada Neste caso procedese a tomada de velocidade em vários pontos na vertical dependendo da velocidade Em mananciais de variação brusca de cota durante a enchente este método á pouco recomendado Método dos 3 pontos a 20 60 e 80 da profundidade Tomase as velocidades a 20 60 e 80 da profundidade a velocidade média é dada pela fórmula V V20 2V60 V80 4 Método dos 2 pontos 20 e 80 da profundidade É o método mais utilizado A experiência demonstra que em condições normais a média aritmética das velocidades a 20 e 80 da profundidade a partir da superfície é a velocidade média na vertical e que o valor encontrado para a velocidade a 60 da profundidade é bem próximo da velocidade média V V20 V80 2 30 Método da velocidade superficial Quando em grandes cheias os detritos carreados pelo rio ou quando há arrastamento do equipamento ou ainda a rápida variação de cota impedem os procedimentos de tomadas de velocidades em várias posições determinase a velocidade próxima a superfície 10cm A distribuição de velocidade na vertical em condições normais de escoamento apresenta uma curva do tipo Normalmente quando a profundidade vai de 15 a 60cm tomamos a velocidade a 060 da profundidade quando a medição é feita com barco Acima de 60cm tornamos a velocidade a 020 e 080 da profundidade Abaixo de 40 cm devese utilizar o micromolinete e tomar as velocidades a 020 e 080 da profundidade Número de verticais na seção de medição O número de verticais vai depender da largura do manancial O leito do rio sendo irregular as verticais ocuparão pontos de máximas e mínimas de profundidades De uma maneira geral recomendamos os seguintes espaçamentos 050 metros espaçamento de 010 m 05 a 1 metros espaçamento de 020 m 1 a 3 metros espaçamento de 030 m 31 3 a 6 metros espaçamento de 050 m 6 a 15 metros espaçamento de 100 m 15 a 30 metros espaçamento de 200 m 30 a 50 metros espaçamento de 300 m 50 a 80 metros espaçamento de 400 m 80 a 150 metros espaçamento de 600 m Dependendo da largura do rio acima de 100m podemos tomar de 15 a 40 verticais A maior concentração de verticais deve ser no trecho de maior velocidade do canal Medição a vau A medição de descarga a vau é realizada todas as vezes que o homem pode atravessar a pé toda extensão da seção de medição sem que a profundidade e a velocidade do rio venham a interferir nesta ação Para rios de baixa velocidade podese realizar medições a vau até 120m de profundidade de pendendo da estatura do operador e da velocidade da correnteza O molinete é preso em uma haste graduada em cm Medição a guincho O guincho é utilizado quando ao longo da seção existem condições que impedem a medição a vau como profundidades superiores a 120m e velocidade altas Ele é aplicado nas medições com barco nas medições de ponte e carrinho aéreo Para evitar o arraste do molinete usase lastro 15 30 e 50kg Os lastros são fundidos em ferro ou em chumbo Geralmente a haste de suporte do lastro possui três furos os quais servirão de suporte do molinete Medição com barco Escolhida a seção do rio fixase nas margens as estacas do PI e PF No mesmo alinhamento do PIPF esticase um cabo de aço O barco percorre a seção preso no cabo de aço 32 As profundidades são determinadas por intermédio do guincho obedecendo a seguinte rotina a Fazse descer o conjunto lastromolinete até que o molinete esteja com seu eixo horizontal no caso de molinete a hélice ou metade das conchas para molinetes de eixo vertical no mesmo nível que a superfície da água b Reduzse a zero a leitura do contador do guincho c Fazse descer o conjunto ate que o lastro venha a tocar no leito do rio A profundidade será obtida adicionandose a leitura do contador á distância entre o zero do molinete e a base do lastro Quando principalmente em épocas de cheias o arrastamento do conjunto molinetelastro provocar um ângulo vertical superior a 10 devese fazer correções de profundidade Medição de profundidade Métodos Lastro suspenso guincho Ecobatímetro A Com lastro e guincho 1 Guincho manual ou elétrico com cabo de aço galvanizado de 4mm 2 Contador digital indicando a extensão do cabo desenrolado precisão teórica de 1 cm 3 Lastro de ferro ou chumbo de 30 50 ou 100kg 4 Tábua ou lance metálico com polia e grampos de fixação Erros freqüentes na contagem da extensão de cabo desenrolado 33 Arraste do lastro ângulo α medido no campo Correção possível no campo utilizando um lastro mais pesado ou um cabo de menor Correção da profundidade medida Pm quando α 10 ROTEIRO PARA CÁLCULO DA CORREÇÃO 1 DE excesso de comprimento do cabo no ar 2 EF excesso de comprimento do cabo submerso 1 AB α 1 cos 1 2 EG 1k EG ptm AB 1 ptm prof Total medida 34 A vazão será calculada da seguinte maneira A1 h0 h1 L Q1 A1 V1 2 A2 h1 h2 L Q2 A2 V2 2 A3 h2 h3 L Q3 A3 V3 2 A4 h3 h4 L Q4 A4 V4 2 Q Q1 Q2 Q3 Q4 A área L distância entre as verticais h profundidade V velocidade Q vazão 35 Uso de sextante As medições dos rios de mais de trezentos metros de largura quando se torna impraticável o esticamento do cabo de aço são feitas por vários processos que visam à locação da vertical onde se processa o registro da velocidade Dentre estes são comuns aqueles em que o afastamento da canoa á marcado a partir de uma base trigonométrica com a determinação com sextante dentro da canoa dos ângulos de afastamento das verticais 12 MEDIÇÃO DE DESCARGA COM VERTEDOR Vertedor retangular A medição de vazão com vertedor retangular em muitos casos conduz a resultados mais precisos que o processo de medição com flutuador embora requeira um pouco mais de trabalho e se limite aos casos em que as condições morfológicas do curso dágua permitam sua realização Barrase o curso dágua com painel de tábuas que tenha uma abertura retangular no centro suficiente para a passagem de toda água A largura do vertedor deve ter de metade até dois terços da largura do curso dágua HIDROMETRIA EXPEDITA CORDA CHANFRO CHANFROS 900 45 CHANFRO 37 Tabela Vazão de vertedouros retangulares sem contração lateral em m3s Fórmula de Francis 0 184 b h 32 h m Q m3s h m Q m3s h m Q m3s 00100 00110 00120 00130 00140 00150 00160 00170 00180 00190 00200 00220 00240 00260 00280 00300 00325 000184 000212 000242 000273 000305 000338 000372 000408 000444 000482 000520 000600 000684 000771 000862 000956 001078 00350 00375 00400 00450 00500 00550 00600 00650 00700 00750 00800 00850 00900 01000 01250 01500 01750 001205 001336 001472 001756 002057 002373 002704 003049 003408 003779 004163 004560 004968 005819 008132 010689 013470 02000 02250 02500 02750 03000 03500 04000 04500 05000 05500 06000 06500 07000 07500 08000 08500 09000 016457 019638 023000 026535 030234 038100 046549 055544 065054 075052 085515 096425 107762 119512 131660 144194 157102 OBSERVAÇÃO TABELA VÁLIDA PARA b 1 m 38 Tabela Vazão de vertedouros triangulares abertura em 90 em m3s Fórmula de Thompson 0 14 h 52 h m Adicionais em metros h m Adicionais em metros 0000 0003 0006 0009 0000 0003 0006 0009 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021 022 023 024 000022 000045 000078 000123 000181 000253 000340 000443 000562 000698 000853 001027 001220 001434 001668 001924 002203 002504 002829 003178 003552 003951 000028 000054 000091 000139 000202 000278 000369 000477 000601 000743 000903 001083 001282 001502 001743 002006 002291 002599 002931 003288 003669 004075 000034 000064 000104 000157 000223 000304 000400 000512 000642 000789 000955 001140 001346 001572 001819 002089 002361 002696 003036 003399 003788 004202 000042 000074 000118 000175 000245 000331 000432 000549 000684 000837 001008 001200 001411 001644 001898 002174 002473 002796 003142 003513 008910 004337 025 026 027 028 029 030 031 032 033 034 035 036 037 038 039 040 041 042 043 044 045 046 004375 004826 005393 005883 006340 006901 007632 008110 008758 009437 010146 010886 011658 012462 013295 014167 015069 016005 016975 017979 019018 020092 004507 004966 005452 005965 006506 007079 007673 008301 008959 009646 010365 011115 011896 012709 013555 014434 015346 016292 017272 018287 019336 020421 004642 005109 005603 006124 006674 007252 007859 008495 009162 009839 010587 011346 012137 012960 013815 014704 015626 016583 017573 018598 019658 020754 004779 005254 005756 006286 006844 007431 008046 008692 009368 010074 010811 011580 012280 013213 014079 014977 015920 016376 017877 018912 019983 021089 Depois de instalado o vertedor cravase a montante do mesmo uma estaca cuja extremidade superior deve ficar no nível em que está a crista do vertedor 39 Com a água escoando normalmente através do vertedor medese a altura do nível dágua h sobre o topo da estaca A descarga pode ser calculada pela fórmula Q 184bh32 Q vazão em m3s b largura da abertura do vertedor em m h altura do nível dágua sobre a crista do vertedor em m Vertedor triangular Quando as descargas são muito pequenas ou quando o córrego tem uma largura reduzida em relação à sua profundidade empregase um vertedor com abertura triangular em V Com ângulo de 90 A descarga á calculada pela fórmula Q 14h52 13 OS CUIDADOS NA MEDIÇÃO DE DESCARGA Durante as medições de descargas devemse tomar certos cuidados para evitar acidentes de trabalho Recomendase os seguintes cuidados usar coletes salvavidas usar cabo de aço apropriado esticar o cabo do aço com tifor e usar luvas para proteger as mãos em épocas de cheias ter cuidado em esticar o cabo de aço e com os troncos de árvores que descem o rio podendo bater no barco ao chegar na seção de medição ou de réguas verificar com atenção se não existe cobra ou outro animal perigoso nas proximidades levar sempre dois remos prevenir se o motor do barco estragar quando o cabo estiver esticado ter cuidado para não bater no mesmo durante o percurso da embarcação