Hidrologia - Determinação de Precipitação Média e Análise de Chuvas Intensas

Prof Denise V Miranda HIDROLOGIA DETERMINAÇÃO DE PRECIPITAÇÃO MEDIA ESCOAMENTO SUPERFICIAL 38 Processamento de Dados Pluviométricos 2 Antes do processamento dos dados observados nos postos são feitas algumas análises de consistência dos dados Detecção de erros grosseiros Preenchimento de falhas Verificação da homogeneidade dos dados HIDROLOGIA 36 Análise de chuvas intensas 13 Chuvas Intensas O conhecimento das precipitações intensas de curta duração é de grande interesse nos projetos de obras hidráulicas tais como dimensionamento de galerias de águas pluviais de telhados e calhas condutos de drenagem onde o escoamento superficial é bastante elevado Para projetos de obras hidráulicas tais como vertedores de barragens sistemas de drenagem galerias pluviais dimensionamento de bueiros entre outros é necessário conhecer as três grandezas que caracterizam as chuvas intensas ou precipitações máximas intensidade duração e freqüência HIDROLOGIA 36 Análise de chuvas intensas Curvas intensidadeduraçãofreqüência idf A determinação da relação entre estas três variáveis deve ser deduzida das observações das chuvas intensas durante um período de tempo suficientemente longo e representativo dos eventos extremos do local Na construção da curva idf é necessário ajustar uma distribuição estatística aos maiores valores anuais de precipitação para cada duração A escolha das durações depende da discretização dos dados e da representatividade desejada para a curva As curvas também podem ser expressas por equações genéricas que têm a seguinte forma método da relação das durações onde I é a intensidade T é o tempo de retorno em anos t é a duração da chuva em minutos e a b c e d são parâmetros determinados para cada local adimensional 14 Imm h aTb t cd HIDROLOGIA 37 Precipitação Média em uma Bacia 18 PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA Aceitase a precipitação média como sendo uma lâmina de água de altura uniforme sobre toda a área considerada associada a um período de tempo dado como uma hora diamês ano A figura abaixo mostra a precipitação média uniforme e a superfície de ocorrência da precipitação HIDROLOGIA 37 Precipitação Média em uma Bacia 19 Determinação da precipitação média em uma área Para calcular a precipitação média numa superfície qualquer é necessário utilizar as observações dentro dessa superfície e nas suas vizinhanças Existem diversos métodos para determinar a precipitação média numa área disponíveis conforme a ponderação que se faz das observações pontuais Três deles são descritos a seguir Método da média aritmética Método dos polígonos de Thiessen Métodos das isoietas HIDROLOGIA 37 Precipitação Média em uma Bacia Método da média aritmética Consiste simplesmente em se somarem as precipitações observadas nos postos que estão dentro da bacia e dividir o resultado pelo número deles onde n hi h i1 n h é chuva média na bacia hi é a altura pluviométrica registrada em cada posto n é o número de postos na bacia hidrográfica Este método só é recomendado para bacias menores que 5000 m2 com postos pluviométricos uniformemente distribuídos e a área for plana ou de relevo suave Em geral este método é usado apenas para comparações 20 HIDROLOGIA Exemplo Qual é a precipitação média aritmética na bacia a seguir 66 50 44 40 4 50 mm 37 Precipitação Média em uma Bacia Método dos polígonos de Thiessen Polígonos de Thiessen são áreas de pluviométrico Considerase que no interior dessas áreas a influência de um posto altura pluviométrica é a mesma do respectivo posto Os polígonos são traçados da seguinte forma 1º Dois postos adjacentes são ligados por um segmento de reta 2º Traçase a mediatriz deste segmento de reta Esta mediatriz divide para um lado e para outro as regiões de domínio 22 HIDROLOGIA 33 37 Precipitação Média em uma Bacia Método dos polígonos de Thiessen 3º Este procedimento é realizado inicialmente para um posto qualquer ex posto B ligandoo aos adjacentes Definese desta forma o polígono daquele posto onde A é a área total da bacia n 4º Repetese o mesmo procedimento para todos os postos 5º Desconsiderase as áreas dos polígonos que estão fora da bacia 6º A precipitação média na bacia é calculada pela expressão Aihi h i1 A h é a precipitação média na bacia mm hié a precipitação no posto i mm Aié a área do respectivo polígono dentro da bacia km2 HIDROLOGIA 1 m 1 m A D C B 1 m E DADOS Pa 30 mm Pb 55 mm Pc 60 mm Pd 40 mm Pe 25 mm 1 m 1 m E D C B A DADOS Pa 30 mm Pb 55 mm Pc 60 mm Pd 40 mm Pe 25 mm 1 m 1 m A D C B E DADOS Pa 30 mm Pb 55 mm Pc 60 mm Pd 40 mm Pe 25 mm 1 m 1 m A D C B E 1 m DADOS Pa 30 mm Pb 55 mm Pc 60 mm Pd 40 mm Pe 25 mm Aa 4m2 Ab 2 m2 Ac 4 m2 Ad 6 m2 Ae 2 m2 Pm 30 x 4 55 x 2 60 x 4 40 x 6 25 mm x 2 18 Pm 422 mm DADOS Pa 30 mm Pb 55 mm Pc 60 mm Pd 40 mm Pe 25 mm Aa 4m2 Ab 2 m2 Ac 4 m2 Ad 6 m2 Ae 2 m2 37 Precipitação Média em uma Bacia 29 Métodos das isoietas Isoietas são linhas indicativas de mesma altura pluviométrica Podem ser consideradas como curvas de nível de chuva O espaçamento entre eles depende do tipo de estudo podendo ser de 5 em 5 mm 10 em 10 mm etc O traçado das isoietas é feito da mesma maneira que se procede em topografia para desenhar as curvas de nível a partir das cotas de alguns pontos levantados Descrevese a seguir o procedimento de traçado das isoietas 1º Definese qual o espaçamento desejado entre as isoietas 2º Ligase por uma semireta dois postos adjacentes colocando suas respectivas alturas pluviométricas 3º Interpolase linearmente determinando os pontos onde vão passar as curvas de nível dentro do intervalo das duas alturas pluviométricas 4º Procedese dessa forma com todos os postos pluviométricos adjacentes 5º Ligamse os pontos de mesma altura pluviométrica determinando cada isoieta HIDROLOGIA 37 Precipitação Média em uma Bacia Métodos das isoietas 6º A precipitação média é obtida por onde n Aihi h i1 A h é a precipitação média na bacia mm hi é a média aritmética das duas isoietas seguidas i e i 1 Ai é a área da bacia compreendida entre as duas respectivas isoietas km2 A é a área total da bacia km2 30 HIDROLOGIA A12km2 A146km2 A12km2 A11km2 P125mm P135mm P115mm P105mm P145mm É VÁLIDO LEMBRAR A precipitação é um fenômeno aleatório de grande variabilidade temporal e espacial e a estimativa da freqüência duranção e intensidade apenas dá uma idéia da probabilidade de ocorrência de cada valor da precipitação na área em estudo havendo técnicas estatísticas mais complexas para realizar previsões mais confiáveis 35 Freqüência de Totais Precipitados HIDROLOGIA 38 Processamento de Dados Pluviométricos HIDROLOGIA 38 Processamento de Dados Pluviométricos HIDROLOGIA ESCOAMENTO SUPERFICIAL Relembrando o ciclo hidrológico a precipitação que atinge o solo vai sendo armazenada nas depressões do solo e infiltrando até saturá lo quando então o escoamento superficial fica mais intenso Esse é o chamado escoamento superficial livre que ocorre sobre as diversas superfícies que compõem a bacia hidrográfica Tal escoamento passa então a constituir a microrrede de drenagem formando pequenos canaletes de água que procuram seguir caminhos preferenciais no solo conforme a topografia relevo a presença de obstáculos como rochas raízes plantas etc sob ação da gravidade Ocorre então a formação de pequenos cursos dágua os córregos que também vão confluindo uns aos outros até alcançarem os rios 21 38 Processamento de Dados Pluviométricos HIDROLOGIA Para estudar ou avaliar o escoamento superficial é de grande utilidade o traçado do hidrograma que consiste em um gráfico da evolução da vazão ao longo do tempo 22 38 Processamento de Dados Pluviométricos HIDROLOGIA Fatores intervenientes no hidrograma Características fisiográficas da bacia Tipo de solo Uso e ocupação do solo Intervenções no rio Características da precipitação 23 Todo o escoamento que aparece no curso dágua é chamado de Escoamento Superficial As origens do Escoamento Superficial podem ser Escoamento Superficial Direto Escoamento Subsuperficial ou hipodérmico Escoamento Básico 7 Hidrograma Hidrograma Curva de vazão registrada em um seção de um curso de água devida a uma precipitação ocorrida na bacia hidrográfica correspondente Q P tempo Infiltração Escoamento parcela que não infiltra é responsável pelo aumento da vazão no rio tempo Parte azul que escoa superficialmente é chamada de chuva efetiva Estimativa do escoamento superficial com base na chuva Síntese do Hidrograma Q urbana rural t abacias rural e urbana Causas e consequências da enxurrada hidrograma quanta água passou em cada momento este pico é a enxurrada muito mais suave com floresta mesmo na seca a floresta retém um mínimo de água causa importante desmatamento floresta desmatado canal natural raízes têm efeito de esponja retardando a velocidade da água aquífero a água passa lentamente e é absorvida terra absorve nutrientes trazidos pelo sedimento o nível do aquífero baixou porque a água passou rápido demais para ser absorvida canal com incisão devido à enxurrada aquífero a terra também não teve tempo de absorver os nutrientes comum em pasto FATORES QUE INFLUENCIA M NO ESCOAMENT O Fatores que influenciam na forma do hidrograma Relevo densidade de drenagem declividade do rio e da bacia capacidade de armazenamento e forma Bacias íngremes e com boa drenagem têm hidrogramas íngremes com pouco escoamento de base Bacias com grandes áreas de extravasamento tendem a regularizar o escoamento e reduzir o pico Bacias mais circulares têm picos mais cedo e maiores do que bacias alongadas Uso do solo cobertura vegetal tende a retardar o escoamento e aumentar as perdas por evaporação Tipo de solo interfere na quantidade de chuva transformada em chuva efetiva infiltração Modificações artificiais no rio reservatórios de regularização reduzem os picos enquanto canalizações podem aumentar os picos Rio canalizado a canalização aumenta os picos para jusante 17 Projetos nas cidades Primeiro estágio alguns locais com inundação Segundo estágio Canalizações setorizadas sem visão de impacto na bacia Terceiro estágio volta a inundar no local canalizado devido as sucessivas canalizações e urbanizações A população perde duas vezes custo mais alto e maiores inundações A várzea dá espaço para o rio encher esvaziar e se mover Aterrado esse espaço surgem as enchentes e alagamentos Distribuição duração e intensidade da precipitação chuvas deslocandose de jusante para montante geram hidrogramas com picos menores eventualmente dois picos As chuvas convectivas de grande intensidade e distribuídas numa pequena área podem provocar as grandes enchentes em pequenas bacias Para bacias grandes as chuvas frontais são mais importantes Alterações no ciclo hidrológico a Balanço Hídrico Interceptação vegetal Evapotranspiração Escoamento superficial Escoamento subsuperficial Escoamento subterrâneo Evapotranspiração Escoamento superficial Escoamento subsuperficial Escoamento subterrâneo Experimento mostra como o desmatamento afeta o ciclo da água mesma quantidade de chuva área desmatada área preservada solo compactado não consegue absorver e a água vai embora solo não mantém reserva de água para a seca fluxo excessivo causa erosão e assoreamento água escoa mais rápido água escoa mais devagar raízes mantém o solo permeável solo atua como esponja armazenando água para a época da seca Os efeitos A impermeabilização do solo faz com que maior volume escoe pela superfície Os condutos fazem com a água chegue mais rápido a jusante reduzindo o tempo de descolamento da água na bacia reduz o tempo de concentração que é o tempo de deslocamento da água na bacia A soma dos dois efeitos fazem com que eventos de chuva produzam inundações em locais que antes não havia problema b Escoamento ALTERAÇÕES NO HIDROGRAMA Grande enchente Pico maior e mais rápido Pequena enchente Antes da urbanização Depois da urbanização Aumento do volume Pico menor e menos rápido Recessão gradual Maior escoamento de base c Resposta da geometria do escoamento Limite da área de inundação Nível mínimo no verão Limite da área de inundação Nível mínimo no verão Tipos de inundações Ribeirinhas Galerias Drenagem Cobilândia Vila Velha 071211 Jardim Marilândia 071211 18 Gestão sustentável Planejamento da ocupação do espaço urbano Controle do escoamento através da recuperação da capacidade de infiltração controle na fonte Bacia hidrográfica como sistema Não transferir impactos para jusante ArmazenamentoDetenções Medidas de controle na fonte Aumentam a área de infiltração através de valos poços e bacias de infiltração trincheiras de infiltração ou bacias de percolação pavimentos permeáveis Armazenam temporariamente a água em reservatórios locais 20 21 trincheira de infiltração tubo dreno 46 manta geotêxtil cascalho ou brita nº 8 Lençol Freático Parque linear httpsyoutubea5U3emWjPGk Nos dias 1504 e 2204 NÃO TEREMOS AULAS Atividades no AVA para o dia 2904 já estão disponíveis