Hidrograma e Curva Chave Hidrologia e Drenagem Aula 4 2024

Aula 4 Bacia hidrográfica Hidrologia e obras de drenagem 20241 1 Hidrograma Denominase hidrograma o gráfico que relaciona a vazão no tempo Em geral Q varia com o tempo i intensidade da chuva f capacidade de infiltração Gi centro de massa da chuva efetiva A início do escoamento B momento do pico do escoamento C final do escoamento rápido Gh centro de massa do hidrograma ti tempo de retardo lag time tp tempo do pico tc tempo de concentração tm tempo de ascensão tb tempo de base tf ti tr tempo de descida recessão CurvaChave A curvachave relaciona o nível de um rio com sua vazão Para obtêla fazemos medições de vazão pelos métodos apresentados anteriormente para diversos níveis e obtemos pares cotadescarga A relação é obtida a partir da interpolação destes pontos e como esta operação não contempla todos os níveis possíveis utilizase ainda a extrapolação CurvaChave É a relação entre Cota e Vazão Várias medições com cotas diferentes mesma seção Vazões mínimas e máximas A Exponencial Onde h é o nível da régua corresponde à vazão Q ho é o nível da régua para o qual a vazão é nula e α e β são constantes representativos da seção fluviométrica de interesse B Polinomial Onde ai são as constantes da função polinomial e n é o grau do polinômio Coeficiente de escoamento É a relação entre a quantidade total de água escoada pela seção e a quantidade total de água precipitada na bacia hidrográfica pode referirse a uma dada precipitação ou a todas que ocorreram em um determinado intervalo de tempo Varia com a característica da bacia bacias impermeáveis geram maior escoamento superficial relativamente Áreas urbanas 07C09 Áreas rurais 01C03 ZONAS C Edificação muito densa Partes centrais densamente construídas de uma cidade com ruas e calçadas pavimentadas 070 095 Edificação não muito densa Partes adjacente ao centro de menos densidade de habitações mas com ruas e calçadas pavimentadas 060 070 Edificações com poucas superfícies livres Partes residenciais com construções cerradas ruas pavimentadas 050 060 Edificações com muitas superfícies livres Partes residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas 025 050 Subúrbios com alguma edificação Partes de arrabaldes e subúrbios com pequena densidade de construção 010 025 Matas parques e campos de esporte Partes rurais áreas verdes superfícies arborizadas parques ajardinados campos de esporte sem pavimentação 005 020 FREQUÊNCIA PROBABILIDADE Frequência é o número de ocorrências de uma mesma vazão em um dado intervalo de tempo O período de retorno é o inverso da frequência No caso da análise de vazões máximas são úteis os conceitos de probabilidade de excedência e de tempo de retorno de uma dada vazão A probabilidade anual de excedência de uma determinada vazão é a probabilidade que esta vazão venha a ser igualada ou superada num ano qualquer O tempo de retorno desta vazão é o intervalo médio de tempo em anos que decorre entre duas ocorrências subsequentes de uma vazão maior ou igual O tempo de retorno é o inverso da probabilidade de excedência como expresso na seguinte equação Probabilidade e tempo de retorno onde TR é o tempo de retorno em anos e P é a probabilidade de ocorrer um evento igual ou superior em um ano qualquer No caso de vazões mínimas P referese à probabilidade de ocorrer um evento com vazão igual ou inferior A equação acima indica que a probabilidade de ocorrência de uma cheia de 10 anos de tempo de retorno ou mais num ano qualquer é de 01 ou 10 Estrutura TR anos Bueiros de estradas pouco movimentadas 5 a 10 Bueiros de estradas muito movimentadas 50 a 100 Pontes 50 a 100 Diques de proteção de cidades 50 a 200 Drenagem pluvial 2 a 10 Grandes barragens vertedor 10 mil Pequenas barragens 100 Ocupação da área TR anos Residencial 2 Comercial 5 Áreas com edifícios de serviço público 5 Artérias de trafego 5 a 10 Estimativas de vazões máximas Usos Dimensionamento de estruturas de drenagem Dimensionamento de vertedores Dimensionamento de proteções contra cheias Análises de risco de inundação Dimensionamento de ensecadeiras Dimensionamento de pontes Vazões máximas Selecionando apenas as vazões máximas de cada ano em um determinado local é obtida a série de vazões máximas deste local e é possível realizar análises estatísticas relacionando vazão com probabilidade Analisando as vazões do rio Cuiabá no período de 1984 a 1992 por exemplo podemos selecionar de cada ano apenas o valor da maior vazão e analisar apenas as vazões máximas Série de vazões diárias Vazão m³s jan84 jan85 jan86 jan87 jan88 jan89 jan90 jan91 jan92 Série de vazões máximas Vazão m³s jan84 jan85 jan86 jan87 jan88 jan89 jan90 jan91 jan92 Série de vazões máximas Vazão máxima m³s Ano 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Características das cheias Q pico volume Cheias em rios diferentes Rio Paraguai Amolar 1 pico anual Rio Uruguai Uruguaiana Vários picos Vazões máximas Reorganizando as vazões máximas para uma ordem decrescente podemos atribuir uma probabilidade de excedência empírica a cada uma das vazões máximas da série utilizando a fórmula de Weibull Onde N é o tamanho da amostra numero de linhas e m é a ordem da vazão Vazões máximas Os métodos mais comuns e usuais para calcular vazões máximas a partir da transformação de chuva em vazão são o método racional e os baseados no hidrograma unitário MÉTODO ÁREA BACIA Método Racional Área 1 km² Pequena Método racional acrescido do coeficiente de retardo adimensional 1 km² Área 10 km² Intermediária Método do Hidrograma Sintético Triangular HST 10 km² Área 20 km² Método do Hidrograma Unitário Triangular HUT Área 20 km² Grande Método racional para vazões máximas Pequenas bacias Chuvas intensas Intensidade da chuva depende da duração e da frequência tempo de retorno Duração da chuva é escolhida de forma a ser suficiente para que toda a área da bacia esteja contribuindo para a vazão que sai no exutório duração tempo de concentração Vazão de projeto Método Racional Q pico de vazão m³s C coeficiente de escoamento superficial i intensidade máxima da precipitação com duração igual ao tempo de concentração da bacia e período de retorno estabelecido mmh A área da bacia contribuinte ha EX1 Determinar a vazão máxima com período de retorno de 10 anos e tempo de concentração de 30 minutos para uma bacia com área de 123 ha no município de Shroeder que apresenta os seguintes usos 15 ha de áreas densamente urbanizada C 065 25 ha de áreas com edificações livres C 030 83 ha de campos e florestas C 010 120 t 1440 min t 120 min 13593 6923 K 01854 01854 m 239 81 b 07956 06650 n TR em anos t em minutos EX2 Determine a vazão de um bueiro de concreto instalado em uma estrada assentado com declividade de 2 para escoamento de vazão máxima de uma bacia florestada A bacia esta localizada no município de Sombrio e apresenta as seguintes informações Área 63 ha Tempo de concentração 18 minutos Período de Retorno 25 anos 120 t 1440 min t 120 min 1170 7141 K 01641 01642 m 147 81 b 07694 06648 n Vazões mínimas A análise de vazões mínimas é semelhante à análise de vazões máximas exceto pelo fato que no caso das vazões mínimas o interesse é pela probabilidade de ocorrência de vazões iguais ou menores do que um determinado limite No caso da análise utilizando probabilidades empíricas esta diferença implica em que os valores de vazão devem ser organizados em ordem crescente ao contrário da ordem decrescente utilizada no caso das vazões máximas Mínima de cada ano Série de vazões mínimas Vazão m3s Estimativa de vazões mínimas Usos Disponibilidade hídrica em períodos críticos Legislação de qualidade de água Ajuste de distribuição de frequência Semelhante ao caso das vazões máximas Normalmente as vazões mínimas que interessam tem a duração de vários dias Q710 é a vazão mínima de 7 dias de duração com TR de 10 anos Curva de permanência Frequência com que uma vazão é encontrada em uma seção fluviométrica A curva de permanência indica a porcentagem de tempo que um determinado valor de vazão foi igualado ou ultrapassado durante o tempo de observação O somatório das frequências é expresso em termos de percentagem de tempo Curva de permanência de vazões Vazão m3s Probabilidade de ocorrerem vazões iguais ou maiores Curva de permanência de vazões Vazão m3s Probabilidade de ocorrerem vazões iguais ou maiores Curva permanência de vazões A vazão deste rio é superior a 40 m³s em 90 do tempo Curva permanência de vazões Vazão m3s 40 m3s Probabilidade de ocorrerem vazões iguais ou maiores Importância da curva de permanência Algumas vazões da curva de permanência por exemplo a Q90 são utilizadas como referências na legislação ambiental e de recursos hídricos Q710 que é a vazão mínima de 7 dias de duração e 10 anos de tempo de recorrência com um risco de 10 ocorrer valores menores ou iguais a este em qualquer ano Q95 indica que as vazões são maiores ou iguais a ela durante 95 do tempo para a vazão de referência a classe do rio é atendida pelo menos 95 do tempo Importância para geração de energia P 9810N m3 40 m3 s 20 m 080 6278400 W 62784 KW 628 MW P Potência W γ peso específico da água Nm3 Q vazão de Referencia m3s H queda líquida m e eficiência da conversão de energia hidráulica em elétrica e depende da turbina do gerador e do sistema de adução 076 e 087 Importância para geração de energia P γ Q H e excesso déficit Energia assegurada Energia Assegurada é a energia que pode ser suprida por uma usina com um risco de 5 de não ser atendida isto é com uma garantia de 95 de atendimento Numa usina com reservatório pequeno a energia assegurada é definida pela Q95 A empresa de energia será remunerada pela Energia Assegurada Ex3 Uma usina hidrelétrica será construída em um rio com a curva de permanência apresentada abaixo O projeto da barragem prevê uma queda líquida de 27 metros A eficiência da conversão de energia será de 83 Qual é a energia assegurada desta usina 𝑃 𝛾 𝑄 𝐻 𝑒 Importância da curva de permanência Forma da curva de permanência permite conhecer melhor o regime do rio Características das bacias Bacias grandes com maior regularização natural Bacia pequena com pequena regularização natural Regionalização de vazões Segundo Tucci 2002 o termo regionalização tem sido utilizado em hidrologia para denominar a transferência de informações de um local para o outro dentro de uma área com comportamento hidrológico semelhante Esta informação pode ocorrer na forma de uma variável função ou parâmetro O princípio da regionalização se baseia na similaridade espacial destas informações que permitem essa transferência Um benefício adicional da análise regional da informação é o de permitir o aprimoramento da rede de coleta de dados hidrológicos à medida que a metodologia explora melhor as informações disponíveis e identifica as lacunas Tucci 2002 REGIONALIZAÇÃO DE VAZÕES A regionalização consiste num conjunto de ferramentas que exploram ao máximo as informações existentes visando à estimativa das variáveis hidrológicas em locais sem dados ou insuficientes A regionalização pode ser usada para Melhor explorar as amostras pontuais e em consequência melhorar as estimativas das variáveis Verificar a consistência das séries hidrológicas Identificar a falta de postos de observação REGIONALIZAÇÃO DE VAZÕES Seleção dos dados Amostra representativa os postos devem ter pelo menos cinco anos de dados Valores independentes dois eventos são independentes quando a ocorrência de qualquer deles não afeta o resultado do outro Séries estacionárias uma série de vazões é estacionária quando não ocorrem modificações nas características estatísticas da sua população ao longo do tempo Qz Qmj Amj Az 1 Qz Qm Az Am Aj Am Qj Qm 2 Em que Qz vazão na seção de interesse m³s Qmj vazão no posto de montante ou de jusante m³s Qm vazão no posto de montante m³s Qj vazão no posto de jusante m³s Az área de drenagem na seção de interesse km² Amj área de drenagem do posto de montante ou de jusante km² Am área de drenagem do posto de montante km²