Relatorio de Hidrologia Calculo de Curvas IDF Chuva de Projeto e Vazao de Cheia

HIDROLOGIA I ENG1216 TRABALHO 2 PROF MONIQUE MARINS O Trabalho 3 Roteiro 1 Calcular as curvas IDF e a Eq IDF da sua bacia 2 Calcular a chuva de projeto para os TRs 10 25 e 50 anos 3 Calcule por ponderação o coeficiente de RunOff para os cenários atual e futuro Utiliza imagem de satélite para ponderar as áreas de ocupação da sua bacia 4 Calcule a vazão de cheia pelo método racional para os os TRs 10 25 e 50 anos 5 Calcular o hidrograma de cheias para os TRs 10 25 e 50 anos pode utilizar o HidroFlu 6 Para o TR de 25 anos avaliar o impacto do aumento da urbanização em 50 reduzindo a área florestada 7 Para o TR de 25 anos avaliar o impacto do aumento da chuva em 30 8 Avalie o impacto da urbanização e das mudanças na chuva Qual mostrou maior impacto nas vazões Trabalho Hidrologia Instruções do Relatório Descrever brevemente a localização da bacia incluindo os principais municípios e estados que cobrem a bacia e latitude e longitude da quadrícula que cobre a área completa da bacia O relatório deve conter CAPA seguida das folhas SUMÁRIO itens do corpo do relatório x número página e CORPO com a apresentação do objetivo do trabalho e enunciados com as correspondentes metodologias e resultados Todas as páginas devem ser numeradas com exceção da capa Na capa informar o título do trabalho os nomes dos componentes do grupo com matrícula e data informar mês e ano Ex Abril2020 Na resposta dos enunciados incluir a metodologia e resultados Trabalho Hidrologia 4 Instruções do Relatório As figuras e tabelas devem estar claras e identificadas com legenda Ex Figura 1 Caracterização do limite da Bacia Hidrográfica do rio Paraiba do Sul Apresentar as figuras com boa resolução 300 dpi DATA DE ENTREGA 28112023 Trabalho Hidrologia 5 Disciplina Hidrologia I Professora Monique Marins 20232 Data 05092023 TRABALHO 1 ORIENTAÇÕES AOS ALUNOS Objetivo Principal do Trabalho Determinação do Tempo de Concentração Data de entrega da parte escrita do trabalho e da apresentação 05102023 Trabalho em dupla Tempos mínimo e máximo de apresentação 10 15min Conteúdo do Trabalho Escolha a partir da informação cartográfica disponibilizada uma bacia hidrográfica no Estado do Rio de Janeiro para realizar a caracterização fisiográfica apresentando os seguintes elementos Localização geográfica da área de estudo com uma breve descrição incluindo os principais municípios e estados que cobrem a bacia coordenadas geográficas de referência principais vias de acesso dentre outros descrição em 1 ou 2 parágrafos Delimitação em planta da bacia hidrográfica cad GIS Traçado do perfil longitudinal do curso de água principal excel cad GIS Google Earth Cálculo das declividades do curso de água principal segundo notas de aula escolher dois métodos Determinação dos seguintes elementos Comprimento do curso de água principal área de drenagem da bacia hidrográfica perímetro da bacia hidrográfica e índice de compacidade usar a ferramenta cad GIS Google Earth Determinação da hierarquização da rede de drenagem pelo critério de Horton Strahler informando o grau de ramificação e a sua consequência no hidrograma do exutório da bacia hidrográfica usar a planta topográfica Determinação da Densidade de Drenagem informando a classe de drenagem da bacia de interesse usar a ferramenta cad GIS Google Earth Estimar o Tempo de Concentração utilizando as Equações de Kirpich e George Ribeiro Observações 1 Não há restrição quanto ao tamanho da bacia hidrográfica No entanto solicito que a área escolhida seja enviada previamente para aprovação 2 As duplas formadas e as bacias escolhidas devem ser enviadas por email até o dia 12092023 Disciplina Hidrologia I Professora Monique Marins 20232 Data 05092023 Instruções para elaboraçãoformatação do Relatório O relatório deve conter CAPA seguida das folhas SUMÁRIO itens do corpo do relatório x número página e CORPO com a apresentação do objetivo do trabalho e enunciados com as correspondentes metodologias e resultados Todas as páginas devem ser numeradas com exceção da capa Na capa informar o título do trabalho os nomes dos componentes do grupo com matrícula e data informar dia mês e ano Ex 23 de Agosto de 2023 As figuras e tabelas devem estar claras e identificadas com legenda Ex Figura 1 Caracterização do limite da Bacia Hidrográfica do rio Paraiba do Sul Apresentar as figuras com boa resolução 300 dpi Apresentar figuras com o limite da bacia hidrográfica e curso de água principal reforçando seus traçados com linha de espessura mais grossa para facilitar visualização Figura com a identificação da ordem de cada trecho do rio também deve ser apresentada conforme slide 44 da aula 4 Bacia Hidrográfica Todas essas figuras devem conter as escalas Apresentar os resultados em tabela oue em gráficosfiguras quando necessários 1 1 2 1 1 2 1 2 3 1 1 1 1 2 1 2 1 3 1 1 1 1 2 2 3 3 3 964 m 925 m 900 m 875 m 850 m 825 m 775 m 750 m 725 m 701 m 075 km 15 km 225 km 3 km 375 km 45 km 525 km 6 km 964 m 11 665 km PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO E JANEIRO PUCRIO GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL NOME COMPLETO DO ALUNO 1 MATRÍCULA NOME COMPLETO DO ALUNO 2 MATRÍCULA DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE CONCENTRAÇÃO MUNICÍPIO ESTADO xx de xxxxxxx de 2023 1 NOME COMPLETO DO ALUNO 1 MATRÍCULA NOME COMPLETO DO ALUNO 2 MATRÍCULA DETERMINAÇÃO DO TEMPO DE CONCENTRAÇÃO Trabalho apresentado ao curso de graduação em Engenharia Ambiental da PUCRio como requisito para a obtenção de créditos na disciplina de Hidrologia I Professora responsável Monique Marins MUNICÍPIO ESTADO xx de xxxxxxx de 2023 2 SUMÁRIO 1 Introdução3 2 DESCRIÇÃO E DELIMITAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA4 3 PERFIL LONGITUDINAL E DECLIVIDADE DO CURSO DÁGUA PRINCIPAL6 4 ELEMENTOS MORFOMÉTRICOS DA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO9 5 CARACTERIZAÇÃO DA REDE DE DRENAGEM DA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO10 6 TEMPO DE CONCENTRAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA DO cÓRREGO DO SECRETÁRIO12 7 ConSIDERAÇÕES FINAIS14 REFERÊNCIAS15 3 1 INTRODUÇÃO A gestão eficiente dos recursos hídricos garante o desenvolvimento sustentável de uma região sendo que a determinação do Tempo de Concentração de uma bacia hidrográfica emerge como um elemento fundamental proporcionando a obtenção de informações para o planejamento e a implementação de medidas adequadas de manejo de águas pluviais CARVALHO 2020 A escolha da bacia hidrográfica como objeto permite a compreensão das características fisiográficas e hidrológicas da região as quais podem ser determinadas utilizando ferramentas cartográficas e métodos específicos que abrangem desde a localização geográfica até a hierarquização da rede de drenagem ALBANO NOARA MEURER 2013 Ao longo deste trabalho apresentamse os necessários para a compreensão da bacia incluindo sua delimitação em planta o traçado do perfil longitudinal do curso de água principal e o cálculo das declividades segundo métodos distintos A determinação de parâmetros como comprimento do curso de água principal área de drenagem perímetro densidade de drenagem e índice de compacidade também são apresentados e ilustram a morfologia da bacia Além disso a hierarquização da rede de drenagem pelo critério de HortonStrahler permite a análise do grau de ramificação e suas implicações no hidrograma do exutório da bacia Por fim estimase o Tempo de Concentração de uma bacia hidrográfica situada no Estado do Rio de Janeiro objetivo principal deste trabalho utilizando as Equações de Kirpich e George Ribeiro permitindo avaliar o tempo necessário para que a água proveniente de chuvas atinja o ponto mais distante da bacia 4 2 DESCRIÇÃO E DELIMITAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA O Córrego do Secretário está situado no município de Petrópolis no estado do Rio de Janeiro Situada na região serrana do referido estado Petrópolis é uma cidade conhecida por sua rica história arquitetura colonial e clima ameno A bacia do Córrego do Secretário objeto de estudo desse trabalho abrange uma área caracterizada por colinas e vales com o córrego desempenhando um papel importante no escoamento das águas pluviais da região AMBROZIO 2008 As coordenadas geográficas planas do exutório da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário são E 686929095 m e N 7530137575 m Datum WGS 84 as quais foram extraídas dos dados cartográficos disponibilizados para realização do trabalho As principais vias de acesso à região incluem rodovias que conectam Petrópolis a outras cidades da região serrana e à capital do estado como a BR040 e a RJ116 SOUZA 2015 A topografia acidentada da área confere características específicas à drenagem local tornando o estudo da bacia do Córrego do Secretário Figura 1 importante para a compreensão da dinâmica hidrológica dessa região Figura 1 Delimitação da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário Fonte Dados do trabalho 2023 5 A delimitação da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário foi realizada utilizando software CAD ComputerAided Design através da execução dos seguintes passos Importação de dados cartográficos e planialtimétricos disponibilizados para realização do trabalho Identificação do exutório da bacia e localização do curso dágua principal Traçado das linhas divisoras de água delimitação da bacia através da interpretação e análise da hidrografia e das curvas de nível importadas Verificação e ajustes finais para garantir a precisão da delimitação realizada e representatividade da topografia e do padrão de escoamento da água na área 6 3 PERFIL LONGITUDINAL E DECLIVIDADE DO CURSO DÁGUA PRINCIPAL O curso dágua principal de uma bacia hidrográfica referese ao canal que coleta e conduz o escoamento de água da área de drenagem da bacia servindo como elemento central do sistema hidrográfico e integrando todos os afluentes e córregos menores dentro da bacia A identificação e caracterização do curso dágua principal são necessárias para o estudo morfométrico da bacia hidrográfica e para a determinação do tempo de concentração SANTANA 2003 O perfil longitudinal de um curso dágua representa a variação altimétrica ao longo do seu percurso sendo importante para a identificação de áreas de maior declividade quedas dágua ou segmentos mais suaves influenciando diretamente no comportamento hidrológico da bacia LASZLO 2016 Por sua vez a declividade do curso dágua é um indicador da velocidade e eficiência do escoamento sendo definida coo o ângulo de inclinação do terreno ao longo do curso dágua CARVALHO SILVA 2006 A combinação da análise do perfil longitudinal e da declividade do curso dágua principal da bacia do Córrego do Secretário contribui para o entendimento da dinâmica fluvial da bacia fornecendo informações que podem ser utilizadas para o manejo sustentável dos recursos hídricos O perfil longitudinal do Córrego do Secretário foi gerado no Google Earth Pro segundo os procedimentos descritos a seguir Localização da área de interesse Traçado do curso dágua principal usando a ferramenta Adicionar caminho Com o curso dágua principal selecionado na aba Lugares vaise em Editar Mostrar perfil de elevação e o perfil longitudinal é exibido na parte inferior da janela do Google Earth Pro mostrando a variação de elevação ao longo do caminho selecionado Figura 2 Pelo traçado do perfil longitudinal foi possível constatar que a nascente do Córrego do secretário encontrase na altitude de 964 m e seu exutório encontrase na altitude de 7018 m De posse do perfil longitudinal do curso dágua principal é possível determinar sua declividade Para tanto foram selecionados dois entre os métodos propostos por Marins 2023 7 Figura 2 Perfil longitudinal do curso dágua principal Fonte Dados do trabalho 2023 O primeiro método baseiase em diferenças de elevação ou seja utilizando se o perfil longitudinal do curso dágua principal escolhemse dois pontos a nascente máxima altitude e o exutório mínima altitude e registramse as altitudes correspondentes A declividade é então calculada como a diferença de elevação entre esses dois pontos dividida pela distância horizontal entre eles conforme Equação 1 S1EmáxEmínL 1 Em que S1 é a declividade do curso dágua principal mm Emáx é a altitude da nascente m Emín é a altitude do exutório m L é o comprimento horizontal entre a nascente e o exutório m Para Emáx 964 m Emín 7018 m e L 6664 m obtido via Google Earth Pro temse que a declividade do curso dágua principal obtido pelo método 1 foi de S1 00393 mm 393 O segundo método baseiase no traçado do perfil longitudinal e contabilização da área sob o perfil Assim utilizando software CAD foi possível importar o perfil 8 longitudinal do talvegue principal determinar a área sob o perfil traçado e determinar a declividade através da Equação 2 S22 A1 L 2 2 Em que S2 é a declividade do curso dágua principal mm A1 é a área sob o perfil longitudinal m² L é o comprimento horizontal entre a nascente e o exutório m Para A1 84221957 m² e L 6664 m obtido via Google Earth Pro temse que a declividade do curso dágua principal obtido pelo método 2 foi de S2 00379 mm 379 Ambos os métodos apresentaram resultados próximos podendose adotar para fins de projetos hidráulicos e hidrológicos a média de S1 e S2 como representativa da declividade do curso dágua principal da bacia logo concluise que a declividade média do Córrego do Secretário equivale a 386 9 4 ELEMENTOS MORFOMÉTRICOS DA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO A determinação dos parâmetros morfométricos de uma bacia hidrográfica auxiliam na caracterização de seu sistema fluvial de modo que o comprimento do curso de água principal revela a extensão total do canal que coleta as contribuições de água da bacia influenciando diretamente o tempo de concentração e o comportamento hidrológico da bacia SANTOS et al 2012 O Córrego do Secretário curso dágua principal da bacia hidrográfica analisada neste trabalho possui comprimento igual a 666458 m A área de drenagem da bacia hidrográfica define a extensão territorial que contribui para o escoamento em direção ao curso dágua principal sendo empregada na avaliação do volume total de água que pode ser transportado pelo sistema fluvial Já o perímetro da bacia hidrográfica ao circunscrever a área de drenagem indica a extensão da fronteira da bacia FÉLIX 2018 A bacia hidrográfica do Córrego do Secretário possui uma área de 11168 km² e perímetro de 1892 km dimensões essas que a caracterizam como uma bacia média segundo Salemi 2015 O comprimento do curso dágua principal a área da bacia e seu perímetros foram obtidos através dos dados cartográficos disponibilizados para realização do trabalho utilizandose as ferramentas de medições de software CAD O índice de compacidade relaciona o perímetro da bacia com a circunferência de um círculo com área igual à da bacia sendo calculado pela equação adaptada de Marins 2023 KcP2 π A π 3 Em que Kc é o coeficiente de compacidade adimensional P é o perímetro da bacia hidrográfica em km A é área da bacia hidrográfica em km² Para P 1892 km e A 11168 km² a bacia hidrográfica do Córrego do Secretário apresentou valor de Kc igual a 1597 caracterizandoa como uma bacia de baixa propensão a enchentes conforme Silva Santos e Braz 2019 10 5 CARACTERIZAÇÃO DA REDE DE DRENAGEM DA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO A hierarquização da rede de drenagem por meio do critério de HortonStrahler classifica os cursos dágua em ordens onde os segmentos de primeira ordem representam os tributários sem afluentes os de segunda ordem são formados pela confluência de dois cursos de primeira ordem e assim por diante A hierarquia revela o grau de ramificação da rede indicando se a bacia é dominada por cursos dágua de baixa ordem sugerindo menor densidade de canais ou se possui uma estrutura mais complexa com ramificações de ordens superiores MARINS 2023 A Figura 3 apresenta a hierarquização da rede de drenagem da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário classificada como uma bacia de 3ª ordem Figura 3 Hierarquização da rede de drenagem por meio do critério de Horton Strahler 11 Fonte Dados do trabalho 2023 Essa hierarquização não apenas fornece uma representação visual da organização da rede de drenagem mas também influencia o hidrograma do exutório da bacia Bacias com redes de drenagem mais ramificadas tendem a ter hidrogramas mais rápidos e intensos em resposta a eventos de chuva devido à rápida contribuição de múltiplos tributários Por outro lado bacias com redes menos ramificadas podem apresentar hidrogramas mais suaves pois a água percorre distâncias maiores antes de atingir o exutório LEE et al 2018 A determinação da densidade de drenagem é outra ferramenta importante para avaliar a eficiência do sistema fluvial sendo calculada pela Equação 2 apresentada por Marins 2023 Dd L A 4 Em que Dd é a densidade de drenagem em kmkm² L é o comprimento total dos drenos da bacia em km A é a área da bacia hidrográfica em km² O comprimento total dos drenos da bacia foi obtido através dos dados cartográficos disponibilizados para realização do trabalho utilizandose as ferramentas de medições de software CAD encontrandose o valor equivalente a 2288 km Assim sendo para L 2288 km e A 11168 km² a densidade de drenagem da bacia do Córrego do Secretário foi igual a 205 kmkm² valor característico de bacias com boa drenagem conforme Marins 2023 O valor da densidade de drenagem indica se a área é propensa à rápida captação e transporte de água sendo que uma alta Dd sugere maior potencial para erosão e escoamento rápido enquanto uma Dd mais baixa indica uma rede de drenagem mais dispersa PALARETTI 2023 12 6 TEMPO DE CONCENTRAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO O tempo de concentração é um parâmetro hidrológico que representa o intervalo de tempo necessário para que a água da chuva percorra desde o ponto mais distante de uma bacia hidrográfica até o ponto de saída A estimativa do tempo de concentração envolve a avaliação de diversos fatores como topografia uso do solo e padrões de drenagem sendo que as Equações de Kirpich e George Ribeiro Equações 3 e 4 respectivamente são utilizadas para a estimativa do tempo de concentração MARINS 2023 A equação de Kirpich é baseada em relações empíricas e leva em conta parâmetros como a distância do talvegue principal e a declividade Por outro lado a equação proposta por George Ribeiro além dos fatores considerados pela equação de Kirpich incorpora o percentual de área vegetada para a estimativa do tempo de concentração MARINS 2023 tc3989L 0 77S 0385 5 tc16L10502 p 100S 004 6 Em que tc é o tempo de concentração min L é o comprimento do rio principal da bacia km S é a declividade do talvegue principal mm p é a porcentagem da bacia com cobertura vegetal entre 0 e 1 Para a determinação do percentual da bacia com cobertura vegetal exportou se a delimitação da bacia feita no software CAD para o Google Earth Pro delimitandose toda a área vegetada com a ferramenta Adicionar polígono Figura 4 relacionando em seguida o valor da área vegetada com a área total da bacia Dessa forma verificouse que 61 da área da bacia encontrase vegetada Para p 061 L 6664 km e S 00386 mm obtiveramse valores de tc 6014 min e tc 10886 min respectivamente ao se adotar as Equações 3 e 4 para estimativa do tempo de concentração Silveira 2005 relata que a equação de 13 GeorgeRibeiro superestima o tempo de concentração conforme pode ser verificado nesse trabalho Figura 4 Área vegetada da bacia hidrográfica analisada Fonte Dados do trabalho 2023 14 7 CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho proporcionou a análise da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário localizada em Petrópolis Rio de Janeiro através da delimitação da bacia caracterização fisiográfica e determinação do perfil longitudinal declividades hierarquização da rede de drenagem e densidade de drenagem no intuito de compreender a dinâmica hidrológica dessa região A utilização das equações de Kirpich e George Ribeiro para estimar o tempo de concentração possibilitou a compreensão do tempo de resposta da bacia a eventos de chuva podendo subsidiar estratégias eficazes de manejo desse recurso hídrico Adicionalmente a determinação do curso dágua principal a hierarquização da rede de drenagem e a avaliação da densidade de drenagem contribuem para a identificação de áreas suscetíveis a eventos extremos e para a formulação de estratégias para a mitigação de impactos de enchentes O conhecimento adquirido ao realizar este trabalho além de fornecer informações que podem ser utilizados na gestão sustentável dos recursos hídricos na área em questão também destaca a importância da caracterização morfométrica de bacias hidrográficas para análises hidrológicas em nível local eou regional Enfim ao contribuir para o conhecimento de características da bacia do Córrego do Secretário este trabalho serve como base para futuras iniciativas de manejo sustentável e resiliência hídrica na região 15 REFERÊNCIAS ALBANO J A NOARA C T MEURER C C B de S Análise e gestão de bacias hidrográficas Indaial Uniasselvi 2013 233 p Disponível em httpswwwuniasselvicombrextranetlayoutrequesttrilhamateriaislivrolivrophp codigo15075 Acesso em 15 nov 2023 AMBROZIO J C G O presente e o passado no processo urbano da cidade de Petrópolis uma história territorial São Paulo USP 2008 Disponível em httpstesesuspbrtesesdisponiveis88136tde06012009163050publico JULIOCESARGABRICHAMBROZIOpdf Acesso em 16 nov 2023 CARVALHO A T F Bacia hidrográfica como unidade de planejamento discussão sobre os impactos da produção social na gestão de recursos hídricos no Brasil Caderno Prudentino de Geografia v 1 n 42 p 140161 2020 Disponível em httpsrevistafctunespbrindexphpcpgarticleview6953 Acesso em 15 nov 2023 CARVALHO D F de SILVA L B D da Capítulo 3 bacia hidrográfica 2006 Disponível em httpwwwufrrjbrinstitutositdengleonardodownloadsAPOSTILAHIDROCap3 BHpdf Acesso em 16 nov 2023 FÉLIX E Morfologia morfometria e dinâmica fluvial como subsídio para o planejamento dos recursos hídricos na bacia hidrográfica do Rio Cabaçal MT Cáceres UNEMAT 2018 173 f Dissertação Mestrado em Geografia Disponível em httpportalunematbrmediafilesPPGGEOevandroandrefelixpdf Acesso em 16 nov 2023 LASZLO J O perfil longituinal e a compartimentação dos Rios Aguapéi e Peixe 11o Sinageo Maringá 2016 Disponível em httpswwwsinageoorgbr2016trabalhos332681099html Acesso em 16 nov 2023 LEE J CHUNG G PARK H PARK I Evaluation of the Structure of Urban Stormwater Pipe Network Using Drainage Density Water 10101444 2018 DOI 103390w10101444 MARINS M de F Bacia hidrográfica notas de aula Disciplina de Hidrologia ENG1216 PUCRio Departamento de Engenharia Civil e Ambiental 2023 PALARETTI F L Bacia hidrográfica FCAVUNESP 2023 Disponível em httpswwwfcavunespbrHomedepartamentosengenhariaruralluizfabianopalaretti baciahidrograficapdf Acesso em 16 nov 2023 SALEMI L F Bacia hidrográfica pequena média ou grande WebArtigos 2015 Disponível em httpswwwwebartigoscomartigosbaciahidrograficapequena mediaougrande132899 Acesso em 16 nov 2023 16 SANTANA D P Manejo integrado de bacias hidrográficas Sete Lagoas Embrapa Milho e Sorgo 2003 63 p Disponível em httpsainfocnptiaembrapabrdigitalbitstreamCNPMS162211Doc30pdf Acesso em 16 nov 2023 SANTOS et al Análise morfométrica das subbacias hidrográficas Perdizes e Fojo no município de Campos do Jordão SP Brasil Revista Ambiente Água v 7 n 3 p 195211 31 dez 2012 SILVA A A SANTOS G O BRAZ A R C Caracterização morfométrica das bacias hidrográficas inseridas no município de Rio Verde Goiás 2019 Disponível em httpsbitly3Gyxba1 Acesso em 16 nov 2023 SILVEIRA A Desempenho de Fórmulas de Tempo de Concentração em Bacias Urbanas e Rurais Revista Brasileira de Recursos Hídricos v 10 n 1 p 529 2005 SOUZA T R de O papel da ideologia na expansão urbana a questão econômica e os impactos socioambientais do Arco Metropolitano do Rio de Janeiro São Paulo USP 2015 212 p Dissertação Mestrado em Planejamento Urbano e Regional Disponível em httpswwwtesesuspbrtesesdisponiveis1616139tde 11092015111450publicoticiannesouzarevpdf Acesso em 16 nov 2023 Google Earth Legenda Área vegetada delimitação da bacia Samambaia Itamarati Morin Roseiral Cascatinha Caxambu Angola Centro Petropolis Alto da Serra RETIRO 4 km Image 2023 Maxar Technologies Image 2023 Airbus PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO E JANEIRO PUCRIO GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL NOME COMPLETO DO ALUNO 1 MATRÍCULA NOME COMPLETO DO ALUNO 2 MATRÍCULA CURVAS IDF E VAZÃO DE CHEIA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO MUNICÍPIO ESTADO xx de xxxxxxx de 2023 1 NOME COMPLETO DO ALUNO 1 MATRÍCULA NOME COMPLETO DO ALUNO 2 MATRÍCULA CURVAS IDF E VAZÃO DE CHEIA DA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO Trabalho apresentado ao curso de graduação em Engenharia Ambiental da PUCRio como requisito para a obtenção de créditos na disciplina de Hidrologia I Professora responsável Monique Marins MUNICÍPIO ESTADO xx de xxxxxxx de 2023 2 SUMÁRIO 1 Introdução3 2 INTENSIDADE DURAÇÃO E FREQUÊNCIA DAS CHUVAS NA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO4 3 VAZÃO DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL DA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO sECRETÁRIO10 4 HIDROGRAMAS DE PROJETO PARA A BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO sECRETÁRIO15 5 ConSIDERAÇÕES FINAIS20 REFERÊNCIAS21 3 1 INTRODUÇÃO O gerenciamento sustentável de recursos hídricos em uma bacia hidrográfica é importante para mitigar os impactos das mudanças climáticas e do desenvolvimento urbano CARNEIRO et al 2010 de modo que a avaliação do comportamento hidrológico em uma bacia específica empregando uma série de dados históricos análises e cálculos contribui para esse gerenciamento sustentável Com a elaboração das curvas de IntensidadeDuraçãoFrequência IDF e a obtenção da equação de chuvas intensas da bacia é possível compreender a distribuição temporal e espacial das chuvas na região permitindo calcular a chuva de projeto para diferentes períodos fornecendo uma base sólida para o dimensionamento de infraestruturas hidráulicas FREITAS 2016 A determinação do coeficiente de runoff também é fundamental na avaliação da resposta da bacia às precipitações ressaltandose que a ponderação das ocupações existentes na bacia incorporando considerações sobre o cenário atual e futuro refletem as mudanças no uso do solo que por sua vez influenciam o cálculo das vazões de cheia da bacia hidrográfica MATALIMA et al 2007 O Método Racional e a elaboração de hidrogramas de cheias são utilizados para avaliar comportamento do escoamento superficial da bacia e calcular as vazões de cheia para diferentes períodos de retorno permitindo a análise de cenários específicos de ocupação VUITIK et al 2023 Neste contexto esse trabalho avalia o impacto relativo da urbanização e das mudanças nas chuvas nas vazões da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário localizada em PetrópolisRJ permitindo inferir sobre as interações entre fatores climáticos uso do solo e hidrologia que podem ser usadas para o desenvolvimento de estratégias eficazes de gestão de recursos hídricos 4 2 INTENSIDADE DURAÇÃO E FREQUÊNCIA DAS CHUVAS NA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO O cálculo das curvas IntensidadeDuraçãoFrequência IDF e da Equação de IDF para uma bacia hidrográfica possibilita a estimativa da precipitação máxima esperada para diferentes durações e períodos de retorno Para tanto coletamse dados pluviométricos históricos para um dada região a partir dos quais são extraídas as intensidades máximas de precipitação observadas para diversas durações e para diferentes períodos de retorno Esses dados são então utilizados para ajustar as curvas IDF que relacionam a intensidade de precipitação a sua duração e a frequência com que eventos de determinada magnitude podem ser esperados FREITAS 2016 A Equação de IDF é uma expressão matemática derivada dos dados ajustados que permite a estimativa da intensidade de precipitação para uma duração específica e para um determinado período de retorno A partir da curva IDF e da Equação de IDF é possível calcular a chuva de projeto para diferentes períodos de retorno fornecendo informações necessárias ao dimensionamento adequado de infraestruturas hidráulicas como sistemas de drenagem barragens e canais SILVA NETO et al 2016 De acordo com Braga 2016 Otto Pfafstetter foi um dos pioneiros no estudo sobre chuvas intensas e curvas IDF no Brasil desenvolvendo um modelo de Equação IDF Equação 1 aplicável a chuvas com durações entre 5 e 2880 minutos para um período médio de aproximadamente 22 anos de observação Na Tabela 1 é possível visualizar os parâmetros de ajuste da Equação IDF de Otto Pfafstetter para municípios do estado do Rio de Janeiro PT α β T γ at blog 1ct 1 Em que P é a precipitação máxima mm T é o tempo de recorrência anos t é o tempo de duração da chuva h e são parâmetros de ajuste que dependem da duração da chuva Tabela 1 a b e c são constantes que dependem da localidade Tabela 1 5 Tabela 1 Parâmetros da Equação IDF de Otto Pfafstetter Número da Estação Nome da Estação β a b c 5 min 15 min 30 min 1h a 6d 1 Alto Atalaia 008 008 008 008 07 26 20 2 Alto Teresópolis 0 008 008 008 08 41 10 3 Bangu 0 012 012 012 01 30 20 4 Cabo Frio 016 02 02 012 02 20 20 5 Campos 012 012 012 008 02 27 20 6 Ipanema 004 012 012 02 0 35 10 7 Jacarepaguá 008 008 012 012 02 29 20 8 Jardim Botânico 008 008 012 012 04 39 10 9 Km 47 Rod Pres Dutra 0 008 016 02 03 28 20 10 Niterói 008 012 012 012 02 27 20 11 Nova Friburgo 008 008 008 008 04 28 20 12 Petrópolis 008 012 012 008 03 41 10 13 Pinheiral Piraí 008 012 016 004 04 19 60 14 Praça XV 0 02 02 02 02 27 20 15 Praça Saens Peña 004 012 016 016 02 31 20 16 Resende 004 008 008 008 03 31 20 17 Santa Cruz 0 008 008 016 04 26 20 18 Santa Maria Madalena 008 004 004 0 04 24 20 19 Teresópolis 008 008 004 012 03 36 10 20 Vassouras 008 008 008 008 04 19 60 21 Volta Redonda 012 012 012 012 02 30 20 Para todos os postos e para qualquer duração γ 025 Duração min 5 15 30 60 120 240 480 α 0108 0122 0138 0156 0166 0174 0176 Duração min 840 1440 2880 4320 5760 8640 α 0174 017 0166 016 0156 0152 Fonte Dados disponibilizados por Marins 2023 A bacia hidrográfica do Córrego do Secretário localizase no município de PetrópolisRJ Consultando a Tabela 1 é possível estabelecer a Equação IDF para a referida bacia Equação 2 PT α β T 025 03t 41log 110t 2 6 Em que P é a precipitação máxima mm T é o tempo de recorrência anos t é o tempo de duração da chuva h e são parâmetros de ajuste que dependem da duração da chuva Tabela 1 Partindo da equação de chuva intensa disponível para a localidade em questão selecionase as durações para as quais se deseja calcular as intensidades e os diferentes períodos de retorno associados aos eventos de chuva Utilizando a equação de chuva intensa substituise as variáveis correspondentes para cada combinação de duração e período de retorno escolhidos obtendose os valores de intensidade específicos para cada par de parâmetros Com os valores de intensidade obtidos para diferentes durações e períodos de retorno é possível criar um conjunto de dados que representa as curvas IDF do local em questão A plotagem dos dados é realizada em gráficos bidimensionais onde a intensidade é representada no eixo vertical e a duração no eixo horizontal para cada período de retorno conforme pode ser visualizado na Tabela 2 e na Figura 1 Segundo Marins 2023 ao analisar as curvas IDF verificase que quanto maior o valor do período de recorrência maior a intensidade da chuva assim quanto menor a duração da chuva também obtémse maior intensidade Tabela 2 Valores de intensidade máxima de precipitação obtidos pela Equação 2 para o município de PetrópolisRJ Intensidade de precipitação mmh Duração min 5 15 30 60 120 240 480 α 0108 0122 0138 0156 0166 0174 0176 β 008 012 012 008 008 008 008 Período de retorno anos 2 13353 10449 7565 5019 3222 1989 1193 5 14172 12397 9109 6024 3902 2427 1459 10 15008 13850 10290 6830 4455 2787 1677 25 16379 15759 11881 7971 5247 3306 1993 50 17608 17215 13123 8904 5902 3740 2258 100 18999 18700 14415 9909 6614 4214 2547 Fonte Dados do trabalho 2023 7 Figura 1 Curvas IDF para o município de PetrópolisRJ 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 TR 2 anos TR 5 anos TR 10 anos TR 25 anos TR 50 anos TR 100 anos Duração da chuva minutos Intensidade de precipitação mmh Fonte Dados do trabalho 2023 Conhecendose a Equação IDF de um dado local é possível determinar a chuva de projeto para um determinado tempo de retorno para o qual Marins 2023 recomenda o Método do Bureau of Reclamation que consiste em Escolher o período de retorno desejado para o evento de chuva Dividir a duração da chuva em intervalos iguais Calcular o total precipitado para cada um dos intervalos considerando a duração como igual ao tempo acumulado Calcular o incremento de precipitação referente a cada um dos seis intervalos Obter o hietograma de projeto reordenndo os incrementos seguindo a ordem 6 4 3 1 2 5 As Figuras 2 3 e 4 apresentam os hietogramas de projeto para os períodos de retorno de 10 25 e 50 anos respectivamente Verificase corroborando com o 8 que foi observado para as curvas IDF que quanto maior o período de retorno considerado maior será o valor da chuva de projeto Figura 2 Hietograma de projeto para o município de PetrópolisRJ TR 10 anos 0 5 10 15 20 25 416 741 1034 2282 1828 529 mm Fonte Dados do trabalho 2023 Figura 3 Hietograma de projeto para o município de PetrópolisRJ TR 25 anos 0 5 10 15 20 25 30 497 895 1237 2536 2167 638 mm Fonte Dados do trabalho 2023 9 Figura 4 Hietograma de projeto para o município de PetrópolisRJ TR 50 anos 0 5 10 15 20 25 30 575 1029 1402 2747 2413 739 mm Fonte Dados do trabalho 2023 10 3 VAZÃO DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL DA BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO O coeficiente de runoff é um parâmetro hidrológico que indica o percentual da precipitação que se transforma em escoamento superficial sendo importante para a gestão eficiente de recursos hídricos e para avaliar o impacto das mudanças climáticas na hidrologia de uma região visto que o mesmo é afetado pela ocupação da bacia hidrográfica Sua determinação por ponderação envolve a consideração de diversos fatores como uso do solo cobertura vegetal e características topográficas atribuindo pesos a cada elemento que influencia o escoamento superficial Ao calcular o coeficiente de runoff para cenários futuros é preciso considerar as possíveis alterações no uso do solo padrões de urbanização e outras variáveis que podem ser afetadas pelas mudanças climáticas AMÉRICOPINHEIRO BENINI 2018 A principal aplicação prática do coeficiente de runoff é no cálculo da vazão de cheia pelo Método Racional para avaliação da magnitude do escoamento superficial durante eventos pluviais intensos Ao aplicar o Método Racional para diferentes períodos de retorno podese determinar a vazão máxima esperada para eventos de diferentes frequências permitindo o correto dimensionamento de infraestruturas hidráulicas como canais e sistemas de drenagem e a implementação de estratégias de gestão de enchentes visando a segurança das comunidades em face das mudanças hidrológicas MATALIMA et al 2007 As coordenadas geográficas planas do exutório da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário são E 686929095 m e N 7530137575 m Datum WGS 84 conforme ilustra a Figura 5 apresentando área de 11168 km² O talvegue principal da bacia apresenta 6664 km de comprimento e declividade de 386 proporcionando um tempo de concentração da bacia igual a 6014 min Atualmente a bacia possui 61 de sua área ocupada por vegetação e o restante por áreas urbanas Figura 6 A determinação do coeficiente de runoff da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário foi feito por ponderação conforma Equação 3 C A1 C1 A2 C2 An Cn 3 11 Em que C é o coeficiente de runoff adimensional e A é o percentual da área da bacia com uma dada ocupação decimal Figura 5 Delimitação da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário Fonte Dados do trabalho 2023 Figura 6 Área vegetada da bacia hidrográfica analisada 12 Fonte Dados do trabalho 2023 Marins 2023 apresenta tabelas contendo valores o coeficiente de runoff relativo a diferentes ocupações da bacia nas quais em média temse C 0275 para áreas vegetadas e C 0725 para áreas urbanizadas Assim sendo para a bacia analisada que atualmente apresenta 61 de área vegetada e 39 de área urbanizada temse um valor atual para o coeficiente de runoff igual a 045 Considerandose que futuramente a área urbana atingirá 60 da ocupação da bacia chegase a um valor de C para esse cenário futuro de 055 ou seja um aumento na urbanização de 54 provocará um acréscimo de 21 no coeficiente de runoff e consequentemente na vazão de escoamento superficial na bacia A fim de comprovar a constatação supracitada foram calculados os valores de vazão de cheia Tabelas 3 e 4 pelo Método Racional Equação 4 para os períodos de retorno de 10 25 e 50 anos e considerando ambos cenários atual e futuro sendo que os valores obtidos para a vazão de escoamento superficial comprovam o acréscimo de cheias na bacia em função da urbanização bem como a discussão anteriormente de que a precipitação de projeto e por conseguinte a 13 vazão de cheia são diretamente proporcionais ao período de retorno considerado no projeto Q 0278 C I A 3 Em que Q é a vazão de escoamento superficial m³s C é o coeficiente de runoff adimensional I é a intensidade pluviométrica máxima mmh A é a área de drenagem km² Tabela 3 Vazões de cheia da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário para o cenário atual de ocupação Cenário Atual Área da bacia A km² 1117 Coeficiente de runoff 045 Tempo de concentração tc h 100 Chuva de projeto P mm TR 10 anos 2282 TR 25 anos 2536 TR 50 anos 2747 Vazão de escoamento superficial Q m³s TR 10 anos 3181 TR 25 anos 3535 TR 50 anos 3829 Fonte Dados do trabalho 2023 Tabela 4 Vazões de cheia da bacia hidrográfica do Córrego do Secretário para o cenário futuro de ocupação Cenário Futuro Área da bacia A km² 1117 Coeficiente de runoff 055 Tempo de concentração tc h 100 Chuva de projeto P mm TR 10 anos 2282 TR 25 anos 2536 TR 50 anos 2747 Vazão de escoamento superficial Q m³s TR 10 anos 3888 TR 25 anos 4320 TR 50 anos 4680 Fonte Dados do trabalho 2023 14 15 4 HIDROGRAMAS DE PROJETO PARA A BACIA HIDROGRÁFICA DO CÓRREGO DO SECRETÁRIO Um hidrograma de projeto é uma representação gráfica da variação temporal do escoamento de água em um curso dágua resultante de um evento de chuva de magnitude específica sendo elaborado com base em projeções e modelagens hidrológicas considerando condições futuras ou cenários de projeto para a bacia hidrográfica em estudo Em outras palavras o hidrograma prevê a resposta hidrológica da bacia para diferentes intensidades e padrões de chuva permitindo a avaliação das vazões de pico e a distribuição temporal do escoamento durante eventos de precipitação DAMÉ et al 2010 O software HidroFlu é uma ferramenta que integra dados topográficos informações sobre uso do solo e características climáticas para simular o comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica Portanto ao se utilizar o HidroFlu para o cálculo de hidrogramas de projeto é possível incorporar diferentes cenários de precipitação ajustar parâmetros hidrológicos e avaliar os impactos potenciais em termos de vazões e escoamento superficial CARNEIRO et al 2010 As Figuras 7 8 e 9 ilustram os hidrogramas de projeto da bacia hidrográfia do Córrego do Secretário gerados no software HidroFlu para os períodos de retorno de 10 25 e 50 anos Para TR 10 anos a vazão de pico do hidrograma é igual a 16844 m³s e o tempo onde ocorre a vazão de pico é de 42 min Para TR 25 anos a vazão de pico do hidrograma é igual a 18806 m³s e o tempo onde ocorre a vazão de pico é de 42 min Para TR 50 anos a vazão de pico do hidrograma é igual a 20523 m³s e o tempo onde ocorre a vazão de pico é de 42 min Observase novamente que quanto maior o período de retorno adotado maior a vazão de pico a ser considerada no projeto 16 Figura 7 Hidrograma de projeto para TR 10 anos Fonte Dados do trabalho 2023 Figura 8 Hidrograma de projeto para TR 25 anos Fonte Dados do trabalho 2023 17 Figura 9 Hidrograma de projeto para TR 50 anos Fonte Dados do trabalho 2023 A fim de avaliar o impacto da urbanização e das mudanças no regime pluvial sobre as vazões de pico dos hidrogramas de projeto fixouse o período de retorno em 25 anos e avaliaramse as seguintes situações 1ª Impacto do aumento da urbanização em 50 reduzindo a área florestada Figura 10 2ª Impacto do aumento da chuva em 30 Figura 11 A ocupação atual da bacia é de 39 de área urbanizada e o restante é área florestada Ao aumentar a área urbanizada em 50 temse uma nova ocupação definida por 585 de área urbanizada e 415 de área florestada gerando um coeficiente de runoff C 054 Para essa situação a vazão de pico do hidrograma elevase para 22567 m³s 20 a mais não se alterando o tempo onde ocorre a vazão de pico Para TR 25 anos a chuva de projeto vale 2536 mm Um aumento de 30 em seu valor equivale a uma chuva de projeto de 3297 mm Para essa nova condição de chuva de projeto a vazão de pico do hidrograma elevase para 23576 18 m³s 25 a mais elevando o tempo onde ocorre a vazão de pico para 53 min 26 a mais Figura 10 Hidrograma para TR 25 anos para um aumento da urbanização em 50 Fonte Dados do trabalho 2023 Figura 11 Hidrograma para TR 25 anos para um aumento da chuva em 30 19 Fonte Dados do trabalho 2023 Observase que tanto a urbanização quanto as mudanças na chuva exercem influência nas vazões de pico da bacia hidrográfica em estudo No entanto ao avaliar o impacto relativo tornase evidente que as mudanças na chuva mostraram um impacto maior nas vazões do que a expansão da área urbanizada Esse resultado sugere que pelo menos nas condições apresentadas as mudanças nas características de precipitação exercem uma influência maior nas vazões do que a expansão urbana destacando a importância de considerar não apenas os efeitos da urbanização mas também as projeções de mudanças climáticas ao avaliar o comportamento hidrológico de uma bacia especialmente em termos de vazões de pico durante eventos de chuva intensa 20 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho analisou as mudanças na hidrologia da bacia do Córrego do Secretário localizada em PetrópolisRJ considerando tanto os efeitos da urbanização quanto as projeções de alterações nas precipitações No decorrer do estudo determinouse as curvas IDF e o coeficiente de runoff da bacia sendo que este último parâmetro considerou cenários atuais e futuros mostrando como a urbanização e as mudanças na chuva impactam as vazões A modelagem hidrológica realizada através do HidroFlu permitiu calcular hidrogramas de projeto integrando dados topográficos informações sobre uso do solo e características climáticas obtendose como resultados valores de vazão de pico que são a base para o dimensionamento adequado de infraestruturas hidráulicas e para o desenvolvimento de estratégias de gestão de enchentes A bacia que atualmente apresenta uma ocupação de 39 de área urbanizada enfrenta desafios decorrentes do crescimento urbano e das transformações climáticas A expansão da área urbanizada em 50 resultando em um coeficiente de runoff de 054 evidenciou um aumento de 20 na vazão de pico do hidrograma resultado este que reflete a vulnerabilidade da bacia às mudanças no uso do solo demandando estratégias de gestão para mitigar impactos negativos como inundações e erosão No entanto a análise das mudanças nas chuvas de projeto revelou um impacto ainda mais substancial nas vazões visto que o incremento de 30 na chuva de projeto resultou em uma elevação de 25 na vazão de pico do hidrograma indicando uma sensibilidade significativa às alterações climáticas projetadas A consideração conjunta de mudanças na chuva e na urbanização é importante para o desenvolvimento de estratégias sustentáveis que possam enfrentar os desafios futuros da bacia hidrográfica Diante do exposto concluise que este estudo não apenas proporcionou um entendimento sobre a dinâmica hidrológica da bacia do Córrego do Secretário mas também ressaltou a complexidade e interconexão dos fatores que influenciam seu comportamento hidrológico 21 REFERÊNCIAS AMÉRICOPINHEIRO J H P BENINI S M Bacias hidrográficas fundamentos e aplicações Tupã ANAP 2018 220 p il BRAGA R N de S Precipitações intensas e equações de intensidadeduração frequencia IDF para a cidade do Rio de Janeiro Niterói UFF 2016 Dissertação Mestrado em Engenharia de Biossistemas Disponível em pgebuffbrpgebdocumentospublicacoesDDpublicacao20170317 120242pdf Acesso em 17 nov 2023 CARNEIRO P R F et al A gestão integrada de recursos hídricos e do uso do solo em bacias urbanometropolitanas o controle de inundações na bacia dos rios IguaçuSarapuí na Baixada Fluminense Ambiente Sociedade v 13 n 1 p 29 49 jan 2010 DAMÉ R DE C F et al Hidrograma de projeto em função da metodologia utilizada na obtenção da precipitação Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental v 14 n 1 p 4654 jan 2010 FREITAS E da S Determinação e comparação de curvas IDF com dados pluviográficos e pluviométricos na bacia hidrográfica experimental do riacho Guaraíra PB João Pessoa UFPB 2016 Trabalho de Conclusão de Curso Graduação em Engenharia Civil Disponível em httpsctufpbbrcceccontentsdocumentostccs20152determinacaoe comparacaodecurvasidfcomdadospluviograficosepluviometricosnabacia hidrograficaexperimentaldoriachoguarairapbpdf Acesso em 17 nov 2023 MARINS M de F Hidrologia I notas de aula Disciplina ENG1216 PUCRio Departamento de Engenharia Civil e Ambiental 2023 MATALIMA H et al Comportamento hidrológico de bacias hidrográficas integração de métodos e aplicação a um estudo de caso Rem Revista Escola de Minas v 60 n 3 p 525536 set 2007 SILVA NETO V L et al Relação intensidadeduraçãofrequência IDF para precipitação extrema em GuaraíTO Enciclopédia Biosfera v 13 n 23 p 1146 1154 24 jun 2016 VUITIK G A et al Métodos de cálculo de vazão de escoamento superficial em bacias rurais de diferentes escalas Revista de Engenharia e Tecnologia v 15 n 1 10 jan 2023