Hidrologia Aplicada - Medidas de Vazão em Cursos d'Água

DEC 2576 HIDROLOGIA APLICADA Aula 21 Medidas de Vazão I Profª Me Bruna Forestieri Bolonhez Maringá 2024 1 Bloco C67 Sala 202 Email bfbolonhez2uembr 10 Medidas de Vazão O escoamento superficial normalmente é medido ao longo dos cursos dágua criando séries históricas Buscam responder às perguntas Onde há água Quanto há de água ao longo do tempo Quais são os riscos de uma determinada vazão em um determinado ponto 10 Medidas de Vazão O conhecimento das séries históricas de vazão fazse necessário para o estabelecimento de disponibilidades e demandas ao longo do tempo Vazão mínima calado para navegação recebimento de efluentes urbanos e industriais estimativas de necessidade de irrigação Vazão média dimensionamento de sistemas de abastecimento de águas usinas hidrelétricas Vazões máximas dimensionamento de sistemas de drenagem órgãos de segurança de barragens 101 Estações hidrométricas ou fluviométricas Dispositivos de medição do nível da água Facilidades para medição de vazão Estruturas artificiais de controle Os níveis dágua nos rios são medidos diariamente ou de forma contínua e esses valores são transformados em vazão por meio de uma equação chamada de curvachave A escolha do local da estação deve preferenciar Boas condições de acesso à estação Presença de observador em potencial Seção estável ao longo do tempo tanto na cheia quanto na estiagem Sem obstrução à jusante ou seja sem controle de jusante com estreitamento Curvachave Curvachave é uma relação nívelvazão em uma determinada seção do rio Dado o nível do rio na seção para a qual a expressão foi desenvolvida obtémse a vazão Associa uma cota vazão e o monitoramento da vazão do rio no tempo fica muito mais simples e com um custo muito menor 101 Estações hidrométricas ou fluviométricas As medições de vazão podem ser feitas por a Métodos Volumétrico b Estruturas hidráulicas vertedores e calhas c Sensores Acústicos ADCP d Medição por Diluição e Sensores Eletromagnéticos f Método velocimétrico ou do molinete g Flutuadores 102 Medição de Vazão São baseados no conceito volumétrico de vazão isto é vazão é o volume que passa por uma determinada seção de controle por unidade de tempo Usase um recipiente para concentrar todo o fluxo e medese o tempo para o enchimento do recipiente de volume conhecido 1021 Métodos Volumétricos ATENÇÃO Esse método é limitado a pequenas vazões canais de irrigação e fontes de água São baseados no uso de estruturas como vertedores e calhas parshall para a determinação da vazão a partir da medição dos níveis dágua Existem diversos modelos de vertedores com diferentes curvas que relacionam o nível dágua com a respectiva vazão 1022 Estruturas hidráulicas Vertedores têm a desvantagem da necessidade de sua construção com custo considerável além do assoreamento e o remanso elevação do nível provocado a montante 1022 Estruturas hidráulicas Vertedor retangular Vertedor triangular As calhas Parshall são estruturas construídas no curso do rio e que possuem sua própria curvachave que relaciona vazão x nível da água Se não há ondas de cheia propagando pelo canal a vazão que passa pela calha é a mesma que passa por qualquer outra seção do rio 1022 Estruturas hidráulicas As calhas Parshall são estruturas construídas no curso do rio e que possuem sua própria curvachave que relaciona vazão x nível da água Se não há ondas de cheia propagando pelo canal a vazão que passa pela calha é a mesma que passa por qualquer outra seção do rio 1022 Estruturas hidráulicas As calhas Parshall não interferem no escoamento como ocorre com os vertedores ao provocarem o remanso mas sua viabilidade está restrita a pequenos canais São equipamentos que medem a vazão com base no efeito Doppler como AP ADP ADV e ADCP Acoustic Doppler Current Profile Possui emissores e receptores de ultrassom apontados para diversas direções O pulso é refletido nas partículas presentes na água que se aproximam e se afastam do aparelho e a diferença na frequência do efeito Doppler permite o cálculo da vazão do rio 1023 Sensores Acústicos 1023 Sensores Acústicos ADCP 1023 Sensores Acústicos ADCP Figura 21 Funcionamento do ADCP em análises de perfis transversais de velocidade Fonte adaptado de ANA 2014 Seção A Seção B Seção C 1023 Sensores Acústicos ADCP 1023 Sensores Acústicos ADV ou Flow Tracker 1024 Medição por Diluição Consiste em lançar no curso de água uma vazão constante de uma solução que não seja encontrada em grande quantidade nessas águas e a jusante medir a concentração dessa solução comparandoa com a concentração natural do curso 1024 Medição por Diluição Consiste em lançar no curso de água uma vazão constante de uma solução que não seja encontrada em grande quantidade nessas águas e a jusante medir a concentração dessa solução comparandoa com a concentração natural do curso Utilizado em situações em que a aplicação dos métodos anteriores é inviável ou até mesmo impossível Escoamentos com velocidades altas muita turbulência e leito irregular como rios de montanhas Perigos devido a transporte de grandes sólidos como troncos de árvores ou ainda presença de cachoeiras 1024 Medição por Diluição O método mais comum propõe a injeção de uma vazão constante de solução de sal comum NaCl em um ponto A e o monitoramento da concentração de sal equilíbrio em um ponto B a jusante 𝑄 𝑞 𝑐1 𝑐2 𝑐2 𝑐0 Q é a vazão do curso de água m³s q é a vazão constante de injeção da solução m³s c0 é a concentração do sal antes da injeção c1 é a concentração de sal da solução c2 é a concentração no ponto B depois do equilíbrio 1024 Medição por Diluição O método mais comum propõe a injeção de uma vazão constante de solução de sal comum NaCl em um ponto A e o monitoramento da concentração de sal equilíbrio em um ponto B a jusante Uma forma aproximada para estimar a distância mínima Dmin entre A e B é adotar a relação Em que b é a largura da seçaõ B m 𝐷𝑚𝑖𝑛 25 𝑏 Exemplo 01 Para a medição da vazão de um rio pelo método da diluição em certo ponto é lançada continuamente uma solução com 90 kgm³ de sal com fluxo de volume de 102 m³s Depois de estabelecido o regime permanente da solução foram coletadas amostras nos pontos a montante e a jusante como 001 kgm³ e 01 kgm³ respectivamente A largura média do curso dágua é de 09 m a Determine a vazão do rio b Determine a distância mínima entre os pontos A lançamento e B medição 1025 Sensores eletromagnéticos Um aparelho gera um campo magnético na água e os íons presentes na água com concentração conhecida se movem com a mesma velocidade e alteram o campo magnético que foi produzido Tal perturbação é medida fornecendo indiretamente a velocidade com que as partículas carregadas passaram pelo campo 1026 Método velocimétrico ou do molinete São aparelhos constituídos basicamente de uma hélice e um contagiros medindo a velocidade do fluxo dágua que passa Quando posicionado em diversos pontos da seção do rio determinam o perfil de velocidades desta seção Com o perfil de velocidade e a geometria da seção determinase a vazão 1026 Método velocimétrico ou do molinete As medições com o molinete podem ser realizadas a vau sobre ponte com teleférico com barco fixo e com barco móvel 1026 Método velocimétrico ou do molinete As medições com o molinete podem ser realizadas a vau sobre ponte com teleférico com barco fixo e com barco móvel Devese garantir uma distância mínima do leito aproximadamente 20 cm Medições sobre pontes podem sofrer interferência da estrutura 1026 Método velocimétrico ou do molinete As medições com o molinete podem ser realizadas a vau sobre ponte com teleférico com barco fixo e com barco móvel Devese garantir uma distância mínima do leito aproximadamente 20 cm Medições sobre pontes podem sofrer interferência da estrutura Uma das grandes dificuldade do método é a grande variabilidade de profundidades do leito do rio e a distancia da margem Logo onde realizar a medição e quantos pontos devo medir 1026 Método velocimétrico ou do molinete Espaçamento e número de verticais para boa representatividade do perfil 1026 Método velocimétrico ou do molinete Perfil vertical de velocidade Usar apenas 1 ponto pode significar superestimativa ou subestimativa P 1026 Método velocimétrico ou do molinete Posição vertical da medição com molinete 1026 Método velocimétrico ou do molinete A vazão do rio será então a somatória de cada área X velocidade média de cada vertical 1026 Método velocimétrico ou do molinete A vazão do rio será então a somatória de cada área X velocidade média de cada vertical 1027 Flutuadores Exemplo 02 Uma medição de vazão realizada em um rio teve os resultados da tabela abaixo A largura total do rio é de 23 m Qual é a vazão total do rio Qual é a velocidade média Exemplo 03 Com a folha de medição de descargas fornecida abaixo calcular a vazão do rio sabendose que a contagem de rotações do molinete foi feita a cada 50 segundos A curva de calibração do aparelho segue abaixo V 02465 n 0013 p n 0610 V 02595 n 0004 p n 069 Exemplo 04 Foi realizada a medição de vazão em um rio conforme o desenho abaixo onde cada quadrado tem 3 metros na horizontal e 1 metro na vertical Foi realizada apenas uma medição de velocidade por vertical com os valores observados indicados no desenho a O método simplificado com apenas 1 medição por vertical é adequado para este rio b O número de verticais é suficiente de acordo com as recomendações c Qual é a vazão medida