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Hidrologia

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DEC 2576 HIDROLOGIA APLICADA Aula 19 Vazões de Enchente III Profª Me Bruna Forestieri Bolonhez Maringá 2024 1 Bloco C67 Sala 202 Email bfbolonhez2uembr 9 Vazões de Enchente Dada a maior facilidade de obtenção de dados de precipitação procurouse desenvolver métodos para obtenção de valores de vazão a partir de informações pluviométricas Geralmente buscase a determinação da vazão que é resultado de uma chuva intensa capaz de produzir enchente no curso dágua Dessa forma as vazões de projeto são normalmente definidas a partir de modelos chuvavazão com base em uma tormenta de projeto A obtenção da vazão de projeto passa pela análise criteriosa do escoamento superficial que inclui a determinação da vazão de pico o volume e a forma do hidrograma bem como o período de retorno associado a estes valores Neste método procurase definir os tempos de deslocamento do escoamento superficial desde o local de origem até o exutório da bacia Como cada porção da bacia tem um tempo de deslocamento diferente em função da distância e da declividade a resposta da bacia pode ser analisada na forma de um histograma 946 Histograma TempoÁrea O método utiliza de isócronas para verificar o processo de translação do escoamento na bacia hidrográfica As isócronas são definidas como as linhas em que os seus pontos possuem o mesmo tempo de contribuição para a seção principal Se considerarmos uma chuva excedente com 1 hora de duração a área A1 situada a jusante da isócrona 1 representa a parte da bacia que contribuiu para o escoamento até o instante t 1 hora na seção de saída da bacia A contribuição dos pontos situados acima da isócrona 1 ainda não chegou à saída da bacia 946 Histograma TempoÁrea O método utiliza de isócronas para verificar o processo de translação do escoamento na bacia hidrográfica As isócronas são definidas como as linhas em que os seus pontos possuem o mesmo tempo de contribuição para a seção principal 𝑄1 𝑖1 𝐴1 𝑄2 𝑖2 𝐴1 𝑖1 𝐴2 𝑄3 𝑖3 𝐴1 𝑖2 𝐴2 𝑖1 𝐴3 946 Histograma TempoÁrea O método utiliza de isócronas para verificar o processo de translação do escoamento na bacia hidrográfica As isócronas são definidas como as linhas em que os seus pontos possuem o mesmo tempo de contribuição para a seção principal 𝑄𝑗 𝑘1 𝑖 𝑖𝑗𝑘1 𝐴𝑘 946 Histograma TempoÁrea Exercício 09 Dada uma bacia hidrográfica com 4 subáreas que recebe uma precipitação uniforme de 20 mmh com duração de 4h calcule o hidrograma resultante A B C D A km² 1 2 3 1 Tempo de viagem h 1 2 3 4 95 Hidrograma de subbacias No cálculo de um hidrograma de escoamento se a bacia de drenagem delineada for muito grande ou não homogênea o bastante deve ser subdividida em unidades menores chamadas de subáreas ou subbacias 95 Hidrograma de subbacias Cada uma das subbacias pode ser considerada uma bacia hidrográfica O processo de divisão em subbacias também chamado de compartimentalização deve ser realizado com base nos dados de Cobertura do solo Declividade média Tipo de solo Localização das estações de controle Um curso dágua é dividido em duas áreas com características diferentes O exutório da bacia total está na confluência das duas divisões do curso dágua 95 Hidrograma de subbacias Os hidrogramas individuais das subbacias são somados pelo princípio da sobreposição Dessa forma cada ordenada do hidrograma resultante é a soma das ordenadas dos hidrogramas das subbacias para cada ponto ao longo do eixo do tempo 00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 00 10 20 30 40 50 60 70 Subbacia 1 Subbacia 2 Bacia Hidrográfica Exercício 10 Calcule o hidrograma de escoamento para a bacia de drenagem para uma sobreposição de 25 anos Os hidrogramas de escoamento para as duas subbacias estão na forma da tabela abaixo Esboce o gráfico e determine a vazão máxima 96 Modelos hidrológicos Os modelos hidrológicos simulam os processos relacionados à movimentação das águas como os escoamentos superficiais e subterrâneos infiltração evapotranspiração entre outros Objetivo A previsão da operação de um sistema real bacias hidrográficas Quantificação da vazão contribuída durante um evento de precipitação Modelos mais utilizados SWMM HECHMS SWAT TOP MODEL MIKE SHE MOHID LAND etc Classe de dados Tipo de dados Dados Geomorfológicos Elevação declividade áreas hidrografia Dados Pedológicos Tipo do solo sua textura porosidade umidade e pressão capilar infiltração condutividade hidráulica e umidade inicial Dados Geológicos Litologia estratigrafia tipos de aquíferos profundidade e extensão de aquíferos Dados Meteorológicos Temperatura radiação umidade pressão de vapor insolação velocidade dos ventos e evaporação Dados de Vegetação Cobertura vegetal uso do solo tratamento e fertilização do solo Dados Hidrológicos Vazão nível dágua vazão de base interação aquífero rio séries históricas 96 Modelos hidrológicos Classe de dados Tipo de dados Dados Geomorfológicos Elevação declividade áreas hidrografia Dados Pedológicos Tipo do solo sua textura porosidade umidade e pressão capilar infiltração condutividade hidráulica e umidade inicial Dados Geológicos Litologia estratigrafia tipos de aquíferos profundidade e extensão de aquíferos Dados Meteorológicos Temperatura radiação umidade pressão de vapor insolação velocidade dos ventos e evaporação Dados de Vegetação Cobertura vegetal uso do solo tratamento e fertilização do solo Dados Hidrológicos Vazão nível dágua vazão de base interação aquífero rio séries históricas 96 Modelos hidrológicos HECHMS Hydrologic Engineering Center Hydrologic Modeling System Modelo semidistribuído com diferentes métodos para a quantificação dos processos do ciclo HECHMS Editor Visualizador ModelosComponentes Avisos HECHMS Modelos Modelo HEC HMS Precipitação Perdas Evapotranspiração Transformação Escoamento de Base Propagação Simulação Calibração Validação Resultados TimeSeries Data Metereologic Model Basin Model Componentes Métodos Calibração e validação Armazenamento HECHMS Calculation Methods Precipitação Hietograma de precipitação Ponderação definido pelo Usuário Inverso da Distância Malha de Precipitação Chuva de Projeto Leste do EUA Chuva Sintética Frequência Chuva Sintética SCS Evapotranspiração Média Mensal Priestly Taylor Priestly Taylor Malha Perdas Perda Inicial e taxa constante Número de Curva Número de Curva Malha GreenAmpt Déficit e perda constante Déficit e perda constante Malha Soil Moisture Accountng SMA SMA Malha Transformação HU definido pelo usuário HU de Clark HU de Snyder HU SCS ModClark Onda Cinemática Escoamento de Base Constantes Mensais Recessão Exponencial Reservatório Linear Propagação Onda Cinemática Lag Puls Modificado Muskingum MuskingumCunge Seção Padrão MuskingumCunge 8 pontos Confluência Bifurcação Armazenamento Dynamic Canopy Simple Canopy Gridded Simple Canopy Modelos de Armazenamento baseados no prisma de armazenamento Método de Muskigum MuskigumCunge Método da Onda cinemática Modelos Hidráulicos resolução das Equações de Saint Venant Métodos das Características Métodos das Diferenças Finitas 97 Propagação de cheia Onda de cheia é quando o escoamento de um evento de precipitação segue a jusante em um curso dágua Com o deslocamento da onda de cheia a jusante sua altura diminui e ela se espalha na direção do curso dágua A redução da altura da onda de cheia é chamada atenuação e o procedimento para calcular essa redução é a propagação 97 Propagação de cheia Onda de cheia é quando o escoamento de um evento de precipitação segue a jusante em um curso dágua Com o deslocamento da onda de cheia a jusante sua altura diminui e ela se espalha na direção do curso dágua A redução da altura da onda de cheia é chamada atenuação e o procedimento para calcular essa redução é a propagação Eq conservação de massa Prisma Cunha I Sprisma K Q Scunha K X IQ 𝑑𝑆 𝑑𝑡 𝐼 𝑂 971 Método Muskigum 𝑑𝑆 𝐼 Δ𝑡 𝑂 Δ𝑡 ou Prisma Cunha I Sprisma K Q Scunha K X IQ 971 Método Muskigum S K O K X IO S volume armazenado I vazão de Entrada Q vazão de Saída Aplicando a conservação de massa no sistema obtémse a equação que representa o modelo linear de armazenamento para a propagação de ondas de cheia em rios K constante de translação tempo referente ao deslocamento da onda de cheia através do trecho de rio X constante de atenuação em função da forma de armazenamento em cunha 0 a 05 Prisma Cunha I Sprisma K Q Scunha K X IQ 971 Método Muskigum O2 C0 I2 C1 I1 C2 O1 S 2 1X t K C0 t K 2X S C1 t K 2X S C2 2 1 X t K S Sendo Para um Δt Pela proposta 𝑆𝑖1 𝑆𝑖 𝑡 𝐼𝑖 𝐼𝑖1 2 𝑂𝑖 𝑂𝑖1 2 Para verificar se os valores de C1 C2 e C3 estão calculados corretamente C1 C2 C3 1 Séries de Taylor 1 𝐴 𝑄 𝑡 1 𝐴 𝑡 𝑄2 𝐴 𝑔 𝑦 𝑡 𝑔 𝑆𝑜 𝑆𝑓 0 𝑄 𝑥 𝐴 𝑡 0 Equações de Saint Venant 972 Modelos hidráulicos Esquemas para a resolução das diferencias parciais Explícitos Instável raso Difuso Formas Conservativas e Não Conserv MacCornack Lambda Gabutti Implícitos Preissmann Beam and Warming Explícitos Implícito 𝑑𝑓 𝑑𝑥 𝑓ⅈ1 𝑗 𝑓ⅈ1 𝑗 2Δ𝑥 𝑑𝑓 𝑑𝑥 𝑓ⅈ1 𝑗1 𝑓ⅈ1 𝑗1 2Δ𝑥 Equações de Saint Venant 1 𝐴 𝑄 𝑡 1 𝐴 𝑡 𝑄2 𝐴 𝑔 𝑦 𝑡 𝑔 𝑆𝑜 𝑆𝑓 0 𝑄 𝑥 𝐴 𝑡 0 972 Modelos hidráulicos MIKE FLOOD Coupling along banks across structures and at ends of 1D channel MIKE 21 MIKE FLOOD MIKE HYDRO River Coupling at manholes outlets weirs and pumps Coupling at outlets weirs and pumps MIKE URBAN IBER Software para a modelagem bidimensional de escoamentos Resolução das equações de Saint Venant 2D HECRAS