Hidrologia Aplicada - Medidas de Vazão II - Aula Completa

DEC 2576 HIDROLOGIA APLICADA Aula 22 Medidas de Vazão II Profª Me Bruna Forestieri Bolonhez Maringá 150224 1 Bloco C67 Sala 202 Email bfbolonhez2uembr Limitações da forma mais simples de regionalização hidrológica Não pode ser usado quando a bacia for muito heterogênea quanto às características de relevo clima solo e geologia Estimativa de vazões máximas em locais sem dados tendem a ser superestimadas quando a área de drenagem do ponto sem dados é maior do que a área de drenagem do ponto com dados Métodos de regionalização mais complexos Incluem variáveis como a precipitação média características de comprimento e declividade do rio principal tipos de solos e geologia Podem gerar informações relativamente confiáveis para locais sem dados 1028 Estimativas de Vazão Exemplo 05 Estime a vazão média em um local sem dados localizado em um certo rio com área de drenagem de 1700 km² com base em dados de um posto fluviométrico localizado no mesmo rio com área de drenagem de 1000 km² e vazão média de 200 m³s1 O nível da água deve ser medido ao mesmo tempo que a medição da vazão Assim obtémse os pares de pontos cotavazão e é possível construir a curvachave para aquela determinada seção As principais formas de medição dos níveis são com o uso de Réguas linimétricas Linígrafos 103 Medição de Nível A régua linimétrica é uma escala graduada de madeira metal ou uma pintada sobre superfície vertical de concreto Se há uma variação considerável dos níveis de água é comum instalar a régua em vários lances para a leitura com cada lance representa uma peça de 1 ou 2 metros 1031 Réguas linimétricas O zero da régua deve estar sempre na água mesmo nas estiagens mais severas para evitar as leituras negativas que são uma fonte de erro comum 1031 Réguas linimétricas As réguas linimétricas apresentam o inconveniente de fornecer apenas uma ou duas observações em geral as 700 e 1700h que podem não ser representativas da situação média diária Usinas hidrelétricas precisam de mais leituras Usados em estações fluviométricas que apresentam variações rápidas de nível por permitirem o monitoramento contínuo do nível da água 1032 Linígrafos Linígrafo de pressão Usados em estações fluviométricas que apresentam variações rápidas de nível por permitirem o monitoramento contínuo do nível da água 1032 Linígrafos Não dispensa a instalação da régua linimétrica com leituras diárias Detectar prontamente um defeito mecânico do linígrafo Auxiliar na interpretação do diagrama Substituir registro do linígrafo no caso de avaria do aparelho Linígrafo de boia 1033 Erros de leitura Os dados físicos são geralmente observados por instrumentos automáticos ou não Erro de observação diferença entre real e observado Erro de transcrição na manipulação dos dados observados podem ocorrer alterações involuntárias do valor observado Classificação do erros de observação segundo a teoria dos erros Erros grosseiros Erros sistemáticos Erros fortuitos 1033 Erros de leitura Erros grosseiros mais comuns em fluviometria erro humano Leitura em horários diferentes Erro de leitura de régua Invenção de registro Entupimento de condutos do linígrafo Imprecisão do mecanismo de relógio Bóia furada Escorregamento do cabo da bóia Vandalismo 1033 Erros de leitura Erros sistemáticos Mudança de zero da régua Mudança do local e do leito Influência de pontes ou outras obras no nível da água remanso Erros fortuitos Ondas e oscilações de nível Variações inferiores à graduação da régua Escorregamento do cabo de aço na roldana Variações de nível mais rápidas que o equilíbrio do linígrafo 104 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 a monitoração da vazão do rio no tempo fica muito mais simples e com um custo muito menor 104 CurvaChave Para caracterizar o comportamento hidrológico de um curso dágua ou de uma bacia é necessária uma série de medições de vazão e níveis de água Pelo menos alguns anos com intervalo de tempo adequado entre medições para acompanhar as cheias e estiagens Rio grandes e de comportamento lento as medições podem ser semanais Rios com pequena área de drenagem ou em uma região montanhosa com rápidas respostas durante as chuvas pode ser necessária uma medição a cada minuto 104 CurvaChave Relação cotavazão em rios não é biunívoca mas admitisse que seja pra o traçado da curvachave 104 CurvaChave Princípios da escolha da seção das medições Lugar de fácil acesso Seção com forma regular facilita o levantamento dos pares cota vazão Trecho retilíneo e com declividade constante o escoamento apresenta comportamento relativamente uniforme nas suas imediações o que facilita as medições pela ausência de perturbações no escoamento devido a meandros ou ressaltos decorrentes da variação de declividade Margem e leito não erodíveis garante a integridade da geometria levantada para a seção por longo tempo Velocidades entre 02 e 2 ms faixa de velocidades é importante para a medição da vazão minimizando os erros das medições Exemplo 06 Considere o trecho de rio do desenho abaixo Qual é o local mais aconselhável para medir vazão A B C D 104 CurvaChave Regimes do escoamento para a seção Controle por regime uniforme Garante a constância das características hidráulicas do escoamento nível velocidade declividade área da seção ao longo do trecho onde se localiza a seção Controle por regime crítico ou fluvial O regime crítico abrange a faixa de velocidades que faz a transição entre o regime fluvial e o regime torrencial sendo que o escoamento na seção deve ser fluvial ou no máximo crítico Regime permanente Medições devem ser feitas na situação de regime permanente as características hidráulicas não variam durante o tempo 104 CurvaChave Relação das variáveis no regime fluvial Q vazão m³s C Coeficiente de rugosidade 𝐴 Área molhada da seção m² Rh Raio molhado da seção m Io Declividade do curso dágua mm Relação das variáveis no regime crítico Q vazão m³s 𝑔 Aceleração da gravidade ms² 𝐴 Área molhada da seção m² L Largura da seção molhada m 𝑄 𝐶 𝐴 𝑅ℎ𝐼𝑜 𝑄 𝑔 𝐴3 𝐿 1041 Determinação da CurvaChave A determinação da curvachave pode ser realizada com o uso de Métodos gráficos Métodos analíticos Métodos iterativos Expressão geral da curva chave 𝑄 𝑎 ℎ ℎ𝑜 𝑏 Para determinar os parâmetros de ajuste a partir dos pares ℎ 𝑄 a expressão geral é linearizada determinando a e b por regressão linear e ℎ por tentativa e erro ln 𝑄 ln𝑎 ℎ ℎ𝑜 𝑏 ln 𝑄 ln 𝑎 𝑏 ln ℎ ℎ𝑜 𝑌 𝐴 𝑏 𝑋 1041 Determinação da CurvaChave MÉTODO GRÁFICO 1 Realizar o lançamento dos pares de pontos hQ em papel milimetrado 2 Traçar a curva média entre os pontos utilizando apenas o critério visual 3 Prolongar essa curva até cortar o eixo das ordenadas eixo dos níveis a intersecção da curva com o eixo de h corresponde ao valor de h₀ 1041 Determinação da CurvaChave MÉTODO GRÁFICO 4 Montar tabela com os valores de ℎℎ₀ e as vazões correspondentes lançar no papel dilog e traçar a reta média usando critério visual 5 Determinar o coeficiente angular b da reta fazendo a medida direta no papel 6 Determinar o coeficiente linear A na intersecção da reta traçada com a reta vertical que corresponde a ℎ ℎ0 1 Tabela ℎ ℎ𝑜 𝑄 1041 Determinação da CurvaChave MÉTODO ANALÍTICO O processo analítico apesar de ser um processo matemático não dispensa o auxílio de gráfico na determinação do parâmetro ℎ0 𝑌 𝐴 𝑏 𝑋 Os parâmetros A e b são calculados pelas equaçõesℎ0 Em que 1041 Determinação da CurvaChave MÉTODO ANALÍTICO O valor do coeficiente a é obtido por Ou seja Em que 1041 Determinação da CurvaChave MÉTODO ITERATIVO Criase uma planilha com os valores de ℎ Q e Qcalc em que Qcalc é o dado de vazão obtido por meio da equação Valores de ℎ0 a e b são definidos aleatoriamente e um valor inicial para ℎ0 pode ser obtido extrapolandose a linha de tendência até a vazão nula Cálculo do desvio usando como função o mínimo dos quadrados Exemplo 07 Em um posto fluviométrico foi instalado um conjunto de réguas para a medição de nível e com repetidas medidas de vazão A tabela abaixo apresenta os dados de vazão e cota medidos Ajuste uma curvachave a estes dados