Hidrograma-Interpretação-Componentes-Chuva-e-Vazao

2 Interpretação de um Hidrograma Fonte Collischonn Dornelles 2013 Durante chuvas intensas a maior parte da vazão que passar por um rio é água da própria chuva que não consegue penetrar no solo e escoa imediatamente alcançando os corpos hídricos e aumentando a vazão Durante as secas ou períodos sem chuva a vazão do rio é mantida pelo esvaziamento lento da água armazenada na bacia Evento de Chuva 3 Interpretação de um Hidrograma Fonte Collischonn Dornelles 2013 tl tempo de retardo tp tempo do pico tc tempo de concentração tm tempo de ascensão tb tempo de base te tempo de recessão Um hidrograma de projeto pode ser obtido com base na precipitação por transformação da chuva de projeto em vazão em cada bacia ou subbacia com possibilidade de propagação através de canais e reservatórios até a seção de interesse 4 Interpretação de um Hidrograma Fonte CANHOLI A L Drenagem Urbana e Controle de Enchentes 2ª ed São Paulo Oficina de Textos 2014 tl tempo de retardo tp tempo do pico tc tempo de concentração tm tempo de ascensão tb tempo de base te tempo de recessão Um hidrograma de projeto pode ser obtido com base na precipitação por transformação da chuva de projeto em vazão em cada bacia ou subbacia com possibilidade de propagação através de canais e reservatórios até a seção de interesse Nos projetos de canalizações o parâmetro mais importante a se considerar é a vazão de projeto ou seja o pico dos deflúvios associados a uma precipitação crítica e a um determinado risco assumido Dessa forma outras precipitações que levem a picos de vazão menores serão sempre conduzidas com segurança pelo sistema existente ou projetado Ou seja o volume das cheias associado às diferentes precipitações passa a ter interesse secundário Já em obras de reservação é fundamental a definição do hietograma da precipitação e do volume do deflúvio 5 Riscos e Incerteza Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana O risco de uma vazão ou precipitação é entendido como a probabilidade P de ocorrência de um valor igual ou superior num ano qualquer O tempo de retorno Tr é o inverso da probabilidade P e representa o tempo em média que este evento tem chance de se repetir Tr 1P O tempo de retorno de 10 anos significa que em média a cheia pode se repetir a cada 10 anos ou em cada ano esta enchente tem 10 de chance de ocorrer 6 Riscos e Incerteza Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana O risco ou a probabilidade de ocorrência de uma precipitação ou vazão igual ou superior num determinado período de n anos é Sendo Pn o risco P a probabilidade de ocorrência e n o número de anos A probabilidade de não ocorrência P de um evento é igual a 1P Ou seja P1P A probabilidade ou o tempo de retorno é calculada com base na série histórica observada no local Para tanto as séries devem ser representativas e homogêneas no tempo Em projetos de áreas urbanas não havendo alteração na bacia o risco adotado se refere à ocorrência de uma determinada precipitação e não necessariamente de uma vazão resultante a qual é a consequência da precipitação com outros fatores da bacia hidrográfica 𝑃𝑛 1 1 𝑝 𝑛 7 Riscos e Incerteza Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana 𝑃𝑛 1 1 𝑝 𝑛 Exercício Qual é a chance de uma cheia de 10 anos de tempo de retorno ocorrer nos próximos 5 anos 𝑝 1 𝑇𝑟 8 Riscos e Incerteza Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana 𝑃𝑛 1 1 𝑝 𝑛 Exercício Qual é a chance de uma cheia de 10 anos de tempo de retorno ocorrer nos próximos 5 anos 𝑝 1 𝑇𝑟 𝑝 1 10 𝑝 01 𝑃𝑛 1 1 01 5 𝑃𝑛 041 41 A chance de uma cheia de 10 anos de tempo de retorno ocorrer nos próximos 5 anos é 41 A chance de ocorrer a cheia com Tr 10 anos em um ano qualquer é igual a 10 9 Riscos e Incerteza Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana 𝑃𝑛 1 1 𝑝 𝑛 Exercício Qual é o período de retorno que deve ser adotado quando se deseja ter 90 de segurança que a vazão de projeto não seja igualada ou superada durante a vida útil de 10 anos de uma obra E qual o risco de ocorrência de um evento como este no primeiro ano 𝑝 1 𝑇𝑟 𝑃𝑛 1 𝑃 10 Riscos e Incerteza Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana 𝑃𝑛 1 1 𝑝 𝑛 Exercício Qual é o período de retorno que deve ser adotado quando se deseja ter 90 de segurança que a vazão de projeto não seja igualada ou superada durante a vida útil de 10 anos de uma obra E qual o risco de ocorrência de um evento como este no primeiro ano Tr 1 001048 𝑃𝑛 1 𝑃 𝑃𝑛 1 09 10 𝑃𝑛 1 1 01 110 𝑃𝑛 001048 Tr 954 𝑎𝑛𝑜𝑠 Adotamos Tr 100 anos O risco de ocorrência de um evento com Tr 100 anos no primeiro ano será 𝑃𝑛 1 1 1 100 1 001 1 11 Riscos e Incerteza Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana O risco adotado para um projeto define a dimensão dos investimentos envolvidos e a segurança quanto às enchentes O Manual de Drenagem Urbana de Porto Alegre recomenda os seguintes tempos de retorno para projetos de drenagem 12 Riscos e Incerteza Fonte Allasia Tassi 2013 Notas de Aula Drenagem e Hidrologia Urbana Outras bibliografias apresentam outros valores de tempo de retorno em função do tipo de obra Determinação da Vazão Política Propósitos Estratégia Planejamento Aspectos sociais e econômicos PASSO 1 Escolha do Período de Retorno Meteorologia eou Hidrologia PASSO 2 Determinação da tormenta de projeto Hidrologia Pedologia Uso do Solo PASSO 3 Determinação do Escoamento Superficial Direto Hidrologia PASSO 4 Determinação das Vazões de Projeto Hidráulica PASSO 5 Dimensionamento das estruturas hidráulicas 14 Determinação da Vazão São diversas as metodologias utilizadas para determinar as vazões e a sua escolha depende Do objetivo do trabalho eventos ou séries Da disponibilidade de dados métodos diretos com base em vazão ou com transformação chuvavazão Das características da bacia tais como área tempo de concentração existência de reservatórios entre outros 15 Determinação da Vazão Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Para dimensionar estruturas em pequenas bacias não havendo dispositivos de reservação de água costumase relacionar a duração crítica da chuva ao tempo de concentração Para bacias maiores a duração da chuva deverá ser maior ou igual ao tempo de concentração Para bacias maiores A 20 km² o manual de drenagem urbana de Porto Alegre sugere considerar a duração da chuva como sendo numericamente igual a duas vezes o tempo de concentração Por outro lado para bacias características de microdrenagem é recomendado considerar a duração da chuva igual ao tempo de concentração São diversas as equações empíricas desenvolvidas para o cálculo do tempo de concentração Silveira 2005 analisou o desempenho de fórmulas de tempo de concentração em bacias urbanas e rurais Alguns manuais de drenagem e instruções técnicas pelo país cidade do Rio de Janeiro por exemplo estabelecem um valor mínimo para o tempo de concentração de 5 minutos 16 Determinação da Vazão Fonte SILVEIRA A L L 2005 Desempenho de Fórmulas de Tempo de Concentração em Bacias Urbanas e Rurais RBRH Revista Brasileira de Recursos Hídricos v 10 n 1 JanMar 523 17 Determinação da Vazão Método Racional Fonte HidroMundo Método Racional Disponível em httpwwwhidromundocombrmetodoracional Para áreas de contribuição pequenas podemos utilizar o Método Racional Este é um método indireto apresentado pela primeira vez em 1851 por William Thomas Mulvany e usado nos Estados Unidos por Emil Kuichling em 1889 Este método estabelece uma relação entre a chuva e o escoamento Os limites de área para a aplicação deste método são muito variados mas tanto a PMPA quando o DAEE recomendam um valor máximo de 2 km² Os princípios do Método Racional são o A duração da precipitação máxima de projeto é igual ao tempo de concentração da bacia Admitese que a bacia é pequena para que essa condição aconteça pois a duração é inversamente proporcional à intensidade o Adota um coeficiente único de perdas denominado C estimado com base nas características da bacia Q vazão Ls C coeficiente de escoamento I intensidade da precipitação mmh A área da bacia ha 18 Determinação da Vazão Método Racional Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana O coeficiente de escoamento utilizado no Método Racional depende das seguintes características solo cobertura tipo de ocupação tempo de retorno Q vazão Ls C coeficiente de escoamento I intensidade da precipitação mmh A área da bacia ha 19 Determinação da Vazão Método Racional Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana O coeficiente de escoamento utilizado no Método Racional depende das seguintes características solo cobertura tipo de ocupação tempo de retorno Esta é uma correção do C em função do TR Q vazão Ls C coeficiente de escoamento I intensidade da precipitação mmh A área da bacia ha 20 Determinação da Vazão Método Racional Exercício Considerando a equação IDF de Porto Alegre do IPH calcule a vazão para uma sarjeta com área de contribuição igual a 1000 m² em zona comercial Assuma tempo de concentração igual a 8 min e TR igual a 5 anos Q vazão Ls C coeficiente de escoamento I intensidade da precipitação mmh A área da bacia ha 21 Determinação da Vazão Método Racional Exercício Considerando a equação IDF de Porto Alegre do IPH calcule a vazão para uma sarjeta com área de contribuição igual a 1000 m² em zona comercial Assuma tempo de concentração igual a 8 min e TR igual a 5 anos A vazão depende da intensidade da chuva do coeficiente de escoamento e da área de contribuição Para o cálculo da intensidade de chuva considerase que a duração da chuva é igual ao tempo de concentração 8 min Dessa forma Q vazão Ls C coeficiente de escoamento I intensidade da precipitação mmh A área da bacia ha 22 Determinação da Vazão Método Racional O coeficiente de escoamento depende do uso do solo No nosso problema estamos em Zona Comercial Assim Exercício Considerando a equação IDF de Porto Alegre do IPH calcule a vazão para uma sarjeta com área de contribuição igual a 1000 m² em zona comercial Assuma tempo de concentração igual a 8 min e TR igual a 5 anos Q vazão Ls C coeficiente de escoamento I intensidade da precipitação mmh A área da bacia ha 23 Determinação da Vazão Método Racional Exercício Considerando a equação IDF de Porto Alegre do IPH calcule a vazão para uma sarjeta com área de contribuição igual a 1000 m² em zona comercial Assuma tempo de concentração igual a 8 min e TR igual a 5 anos A área de contribuição consta de 1000 m² Em hectares Q vazão Ls C coeficiente de escoamento I intensidade da precipitação mmh A área da bacia ha Por fim com todas essas informações podemos calcular a vazão que será gerada considerandose uma determinada seção da sarjeta como exutório 24 Determinação da Vazão Método Racional Exercício Um determinado arroio possui uma bacia de contribuição com área de aproximadamente 19 km² Este arroio tem um comprimento de cerca de 2200m onde a cota mais baixa do corpo hídrico é 20m e a mais alta é 39m Considerando a equação IDF de Porto Alegre do IPH determine a vazão de projeto no exutório da bacia para um tempo de retorno igual a 10 anos Dado 40 da área possui C050 e o restante C035 Q vazão Ls C coeficiente de escoamento I intensidade da precipitação mmh A área da bacia ha 25 Determinação da Vazão Método Racional Para o cálculo da intensidade da chuva devese calcular o tempo de concentração Assim sendo o comprimento do arroio igual a 22 km e o desnível igual a 19m calculouse um tempo de concentração igual a Com isso calculase que a intensidade da chuva será 443 mmh 26 Determinação da Vazão Método Racional Deve ser determinado um coeficiente de escoamento médio Assim Enfim a vazão máxima de projeto será 27 Determinação da Vazão Método Racional Fonte PMPADEP 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Alguns aspectos importantes sobre o método racional são Método mais simples de calcular a vazão para um evento de chuva Adota muitíssimas simplificações Não avalia o volume da cheia e a distribuição temporal das vazões Adoção de um coeficiente único de perdas denominado C estimado com base nas características da bacia Duração da precipitação máxima de projeto é igual ao tempo de concentração da bacia Permite estimar a vazão de pico mas não gera informações completas sobre o hidrograma 28 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Para bacias com áreas maiores A 1 km² 2 km² 10 km² dependendo do autor o método racional não se aplica Nesses casos devese executar um estudo com maior detalhe Discretização da bacia Representação topológica Precipitação de projeto Distribuição espacial Distribuição temporal Definição do modelo ChuvaVazão Condições iniciais Estimativa de parâmetros do modelo Obtenção do Hidrograma de Projeto Etapas a seguir 29 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte Goldenfum Joel 2017 Notas de Aula Hidrologia II Discretização da bacia Depende do tamanho da bacia da necessidade de representar algum local de interesse uniformidade espacial da precipitação homogeneidade do solo e cobertura do solo etc Representação topológica É a representação esquemática do que será modelado O critério de subdivisão em bacias deve levar em conta ainda obras hidráulicas que interferem no escoamento Bacias de cabeceira 30 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte Goldenfum Joel 2017 Notas de Aula Hidrologia II Discretização da bacia Depende do tamanho da bacia da necessidade de representar algum local de interesse uniformidade espacial da precipitação homogeneidade do solo e cobertura do solo etc Representação topológica É a representação esquemática do que será modelado O critério de subdivisão em bacias deve levar em conta ainda obras hidráulicas que interferem no escoamento Bacia chegando lateralmente ao rio Bacia chegando pontualmente no rio 31 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte Goldenfum Joel 2017 Notas de Aula Hidrologia II Discretização da bacia Depende do tamanho da bacia da necessidade de representar algum local de interesse uniformidade espacial da precipitação homogeneidade do solo e cobertura do solo etc Representação topológica É a representação esquemática do que será modelado O critério de subdivisão em bacias deve levar em conta ainda obras hidráulicas que interferem no escoamento Propagação de vazão das bacias B1 B2 B3 B4 e B5 Para maiores informações a respeito de Modelos de Propagação em Rios recomenda se a leitura de TUCCI C E M Modelos hidrológicos Porto Alegre UFRGS 1998 Propagação de vazão das bacias B1 B2 e B4 no rio 32 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte Goldenfum Joel 2017 Notas de Aula Hidrologia II Precipitação de Projeto A duração do evento de chuva de projeto deverá ser igual ou superior ao tempo de concentração da bacia A precipitação média em uma bacia poderá ser obtida através de diferente métodos como Média aritmética Polígonos de Thiessen Isoietas O total precipitado poderá resultar de Um evento extremo observado Análise de frequência de eventos IDF Precipitação máxima provável PMP 33 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte PMPA 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Vol VI Precipitação de Projeto 1 Escolha um posto pluviógrafo representativo da área em estudo ou uma equação IDF Caso a região esteja sob a influência de mais de um posto devese calcular a precipitação média na bacia utilizando por exemplo o Método dos Polígonos de Thiessen 2 Determine o tempo de concentração tc da bacia em estudo Quando envolver trechos em canais o tempo de concentração deve considerar também o tempo de propagação na seção principal a ser simulada 3 A duração total e o tempo de simulação devem ser de aproximadamente duas vezes o tempo de concentração da bacia 4 Determine o intervalo de tempo de simulação t com base no critério tc10ttc5 t 0133tc sugerido por alguns autores Se a bacia for subdividida em sub bacias e a simulação for conjunta o intervalo de tempo deve ser o menor entre as subbacias estudadas 34 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte PMPA 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Vol VI Precipitação de Projeto 5 Determinar a partir da curva IDF as precipitações máximas para o tempo de retorno escolhido e duração correspondente a cada intervalo de tempo acumulado Por exemplo para um intervalo de tempo de 30 min obtenha P 30 min P 60 min P 90 min etc Isso deve ser feito até o tempo total de precipitação 6 Utilize o fator de redução espacial da precipitação para áreas superiores a 25 km² 7 Obtenha as precipitações de cada intervalo de tempo e sua distribuição temporal crítica Para a transformação da precipitação em vazão o Manual de Drenagem de Porto Alegre apresenta o método do SCS com propagação na bacia a partir do Hidrograma Unitário Triangular Mas são diversos os métodos que podem ser utilizados 35 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte Goldenfum Joel 2017 Notas de Aula Hidrologia II Precipitação de Projeto Precipitação de Projeto A precipitação média em uma bacia poderá ser obtida através de diferente métodos como Média aritmética Polígonos de Thiessen A A P i i i P A precipitação média P med é igual ao somatório dos produtos P x A de cada área poligonal dividido pela soma das áreas dos polígonos 36 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Precipitação de Projeto A precipitação média em uma bacia poderá ser obtida através de diferente métodos como Método das Isoietas A A P i i i P Para o cálculo da precipitação média determinase a área Ai delimitada por duas isoietas e usase essa área como elemento ponderador sendo neste caso Pi a média entre as duas isoietas que delimitam a área Ai Fonte Goldenfum Joel 2017 Notas de Aula Hidrologia II 37 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte PMPA 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Vol VI Precipitação de Projeto Precipitação de Projeto Distribuição Espacial A precipitação máxima pontual não é a mesma para toda a bacia apenas para bacias pequenas 25 km² Fonte PMPA 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Vol VI Para Porto Alegre Silveira 1996 definiu uma equação para a consideração do abatimento espacial da chuva Mas ela é aplicável para Porto Alegre 38 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Fonte Goldenfum Joel 2017 Notas de Aula Hidrologia II Precipitação de Projeto Distribuição Temporal A distribuição temporal da chuva influencia na forma posição e pico do hidrograma de projeto gerado Os principais métodos de estimativa de precipitação de projeto são Baseados nas estatísticas da distribuição temporal Huff Baseados na IDF Método Chicago Blocos Alternados Distribuição padrão que maximize a resposta da bacia Evento observado 39 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Fonte Goldenfum Joel 2017 Notas de Aula Hidrologia II Precipitação de Projeto Distribuição Temporal No Método dos Blocos Alternados uma chuva sintética pode ser construída com base nas curvas IDF a partir da hipótese de que o somatório dos volumes de precipitação à medida que se acrescentam blocos coincide com o valor definido pelas curvas IDF para cada duração parcial Existem algumas regras empíricas que conduzem a picos mais elevados Uma dessa regras impõe que a parcela mais intensa seja colocada entre 13 e 12 da duração da chuva Os demais blocos podem ser colocados alternadamente à esquerda e à direita do pico para a composição do hietograma de projeto 40 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Precipitação de Projeto Distribuição Temporal Inicialmente é necessário definir o intervalo de tempo que depende do tempo de pico e tempo de concentração da bacia O intervalo de tempo da chuva hietograma deve ser menor que 15 do tempo de concentração Praticamente todos os softwares que fazem transformação chuva em vazão mantêm o mesmo intervalo de tempo da chuva nos hidrograma gerados t tc 5 É muito comum considerar t 0133tc 41 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Fonte Goldenfum Joel 2017 Notas de Aula Hidrologia II Precipitação de Projeto Separação dos Escoamentos SCS O método do Soil Conservation Service SCS foi desenvolvido a partir de informações de mais de 400 bacias agrícolas em muitas regiões dos Estados Unidos tentando relacionar dados de chuvas e vazões O resultado foi apresentado na figura abaixo e as curvas permitem calcular a chuva efetiva pela equação onde Pef chuva efetiva mm I chuva total em mm S a máxima capacidade de retenção do solo da bacia no início da chuva 42 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte PMPA 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Vol VI Precipitação de Projeto Precipitação de Projeto Separação dos Escoamentos SCS As perdas iniciais consideradas no método Ia 02S incluem a intercepção detenção superficial e a água que infiltra antes de se iniciar o escoamento O valor de S leva em conta o estado de umidade do solo uso do solo e práticas manejo do mesmo Os autores o definem como onde CN derivado de Curve Number é um numero que varia de 0 a 100 de tal forma que se CN100 então S 0 e I Q CN 100 representa um solo totalmente impermeabilizado Pretendese representar neste parâmetro o tipo de solo uso do solo e condição de sua superfície no que diz respeito à sua potencialidade para gerar escoamento superficial 25400 254 CN S 43 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte PMPA 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Vol VI Precipitação de Projeto Precipitação de Projeto Separação dos Escoamentos SCS Os valores de CN podem ser extraídos da tabela mais adiante sob as condições de umidade II esse estado de umidade condição II representa condições médias para cheias anuais Para outras condições antecedentes de chuva mais adiante são fornecidos os fatores de correção A condição I se aplica a solos de baixo potencial de escoamento e a condição III para solos com alto conteúdo de umidade antes da ocorrência da chuva Para efeitos da escolha da duração da chuva o Soil Conservation Service recomenda 6 horas como a mínima duração de chuva para estruturas de controle e retardamento de cheias mas esse tempo pode ser alterado em certas circunstancias onde poderá resultar um volume escoado maior O tempo de concentração da bacia não é aconselhado porquanto ele pode produzir o maior pico mas não o máximo volume de escoamento Precipitação de Projeto Separação dos Escoamentos SCS Grupos Hidrológicos de Solos 44 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte PMPA 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Vol VI Grupo A Grupo B Grupo C Grupo D solos arenosos com baixo teor de argila total inferior a 8 sem rochas sem camada argilosa e nem mesmo densificada até a profundidade de 15m O teor de húmus é muito baixo não atingindo 1 solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com menor teor de argila total porém ainda inferior a 15 No caso de terras roxas este limite pode subir a 20 graças a maior porosidade Os dois teores de húmus podem subir respectivamente a 12 e 15 Não pode haver pedras e nem camadas argilosas até 15m mas é quase sempre presente uma camada mais densificada que a camada superficial solos barrentos com teor de argila de 20 a 30 mas sem camadas argilosas impermeáveis ou contendo pedras até a profundidade de 12m No caso de terras roxas estes dois limites máximos podem ser de 40 e 15m Notase a cerca de 60cm de profundidade camada mais densificada que no Grupo B mas ainda longe das condições de impermeabilidade solos argilosos 30 a 40 de argila total e com camada densificada a uns 50cm de profundidade ou solos arenosos como B mas com camada argilosa quase impermeável ou horizonte de seixos rolados Precipitação de Projeto Separação dos Escoamentos SCS Grupos Hidrológicos de Solos 45 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte Sartori Lombardi Neto e Genovez 2005 Precipitação de Projeto Separação dos Escoamentos SCS Grupos Hidrológicos de Solos 46 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte Sartori Lombardi Neto e Genovez 2005 Precipitação de Projeto Separação dos Escoamentos SCS Grupos Hidrológicos de Solos 47 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte Sartori Lombardi Neto e Genovez 2005 Precipitação de Projeto Separação dos Escoamentos SCS 48 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Fonte PMPA 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Vol VI Valores de CN para Condição de Umidade Antecedente II 49 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Precipitação de Projeto Separação dos Escoamentos SCS Fonte Goldenfum Joel 2017 Notas de Aula Hidrologia II solos secos as chuvas nos últimos 5 dias não ultrapassaram 15mm Condição I situação média na época das cheias as chuvas nos últimos 5 dias totalizaram entre 15 e 40mm Condição II solo úmido próximo da saturação as chuvas nos últimos 5 dias foram superiores a 40mm e as condições meteorológicas foram desfavoráveis a altas taxas de evaporação Condição III Os valores de CN apresentados anteriormente referemse sempre à condição II Para converter o valor de CN para as condições I e III existem as seguintes expressões CN II CN II III CN CN II CN II I CN 013 10 23 0 058 10 24 50 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Exemplo Calcule a Precipitação Efetiva para uma bacia urbana com área igual a 5km² e com tempo de concentração igual a 30 min localizada no 8º Distrito de Porto Alegre para um Tempo de Recorrência T igual a 10 anos Considere o pico da chuva em 50 da sua duração e que o solo possui baixa taxa de infiltração e é raso com 40 da área ocupada por bosques ou zonas florestais com cobertura boa e com 60 da área ocupada por zona comercial 51 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Passo 1 Pluviógrafo Será utilizada a IDF do 8º Distrito de Porto Alegre Passo 2 Determinar o tempo de concentração da bacia foi informado como sendo 30 min Passo 3 Determinar a duração total da chuva Como o tempo de concentração é 30 minutos considerouse uma precipitação com duração igual a 44 min aproximadamente 50 de acréscimo ao tempo de concentração Passo 4 Determinar o intervalo de tempo de simulação o intervalo de tempo deverá ser inferior ou igual a um quinto do tempo de concentração da bacia Sendo tc 30 min assumiuse t 4 min 52 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Passo 5 Determinar as precipitações máximas para o tempo de retorno escolhido e a duração correspondente a cada intervalo de tempo acumulado Passo 6 Utilizar o fator de redução espacial da precipitação para áreas superiores a 25 km² a área dessa bacia é menor que 25 km² portanto este passo não se aplica Tempo min Intensidade mmh Pacum mm 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 Tempo min Intensidade mmh Pacum mm 4 1862 8 1534 12 1310 16 1147 20 1022 24 924 28 844 32 777 36 722 40 674 44 632 Tempo min Intensidade mmh Pacum mm 4 1862 124 8 1534 205 12 1310 262 16 1147 306 20 1022 341 24 924 369 28 844 394 32 777 415 36 722 433 40 674 449 44 632 464 53 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Passo 7 Obter as precipitações de cada intervalo de tempo e fazer a distribuição temporal crítica Tempo min Intensidade mmh Pacum mm Pdesacum mm Índice Pordenada mm 4 1862 124 8 1534 205 12 1310 262 16 1147 306 20 1022 341 24 924 369 28 844 394 32 777 415 36 722 433 40 674 449 44 632 464 Somatórios Tempo min Intensidade mmh Pacum mm Pdesacum mm Índice Pordenada mm 4 1862 124 124 8 1534 205 80 12 1310 262 57 16 1147 306 44 20 1022 341 35 24 924 369 29 28 844 394 24 32 777 415 21 36 722 433 18 40 674 449 16 44 632 464 15 Somatórios 4637 54 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Passo 7 Obter as precipitações de cada intervalo de tempo e fazer a distribuição temporal crítica Tempo min Intensidade mmh Pacum mm Pdesacum mm Índice Pordenada mm 4 1862 124 124 11 15 8 1534 205 80 9 18 12 1310 262 57 7 24 16 1147 306 44 5 35 20 1022 341 35 3 57 24 924 369 29 1 124 28 844 394 24 2 80 32 777 415 21 4 44 36 722 433 18 6 29 40 674 449 16 8 21 44 632 464 15 10 16 Somatórios 4637 4637 55 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Passo 7 Obter as precipitações de cada intervalo de tempo e fazer a distribuição temporal crítica 56 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Passo 8 Cálculo da Chuva Efetiva CN médio Sendo os solos rasos e de baixa capacidade de infiltração podese considerar que os mesmos pertencem ao Grupo Hidrológico D 40 da área ocupada por bosques ou zonas florestais com cobertura boa A1 04x5 km² 2 km² CN1 77 60 da área ocupada por zona comercial A2 06x5 km² 3 km² CN2 95 CNméd 2 km² x 77 3 km² x 955 km² 878 Assumimos CN88 57 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Tempo min Intensidade mmh Pacum mm Pdesacum mm Índice Pordenada mm Pproj acum mm Pef acum mm Pef mm 4 1862 124 124 11 15 15 8 1534 205 80 9 18 33 12 1310 262 57 7 24 57 16 1147 306 44 5 35 92 20 1022 341 35 3 57 149 24 924 369 29 1 124 274 28 844 394 24 2 80 354 32 777 415 21 4 44 398 36 722 433 18 6 29 427 40 674 449 16 8 21 447 44 632 464 15 10 16 464 Somatórios 464 464 Método SCS CN 88 S mm Ia mm Passo 8 Cálculo da Chuva Efetiva 25400 254 CN S Passo 8 Cálculo da Chuva Efetiva Método SCS CN 88 S 3464 mm Ia 693 mm 58 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Tempo min Intensidade mmh Pacum mm Pdesacum mm Índice Pordenada mm Pproj acum mm Pef acum mm Pef mm 4 1862 124 124 11 15 15 00 00 8 1534 205 80 9 18 33 00 00 12 1310 262 57 7 24 57 00 00 16 1147 306 44 5 35 92 01 01 20 1022 341 35 3 57 149 15 14 24 924 369 29 1 124 274 76 61 28 844 394 24 2 80 354 128 53 32 777 415 21 4 44 398 160 31 36 722 433 18 6 29 427 181 21 40 674 449 16 8 21 447 197 16 44 632 464 15 10 16 464 210 13 Somatórios 464 464 210 Somente haverá escoamento de a precipitação de projeto acumulada for superior ao Ia 25400 254 CN S 59 Determinação da Vazão Hidrogramas de Projeto Precipitação de Projeto Passo 8 Cálculo da Chuva Efetiva 60 Determinação da Vazão Hidrograma Unitário Uma bacia hidrográfica pode ser imaginada como um sistema que transforma chuva em vazão E essa transformação envolve Modificação no volume total de água já que parte da chuva infiltra e outra parte volta pra atmosfera via evapotranspiração Modificações no tempo de ocorrência já que existe um atraso na ocorrência da vazão em relação ao tempo de ocorrência da chuva A chuva efetiva gerada numa bacia chega imediatamente ao curso dágua a partir dos locais de geração o escoamento percorre um caminho com velocidades variadas de acordo com características da bacia como declividade e comprimento por exemplo Ou seja a resposta da bacia a uma entrada de chuva depende das características da bacia 61 Determinação da Vazão Hidrograma Unitário O hidrograma unitário é a resposta da bacia para um pulso de 1mm de chuva efetiva Ou seja 62 Determinação da Vazão Hidrograma Unitário Podemos aproximar esse hidrograma unitário por um triangulo Daí surge o HUT Hidrograma Unitário Triangular 63 Determinação da Vazão Hidrograma Unitário HUT SCS A partir de um estudo com um grande número de bacias e hidrogramas unitários nos EUA os técnicos do Departamento de Conservação de Solo Soil Conservation Service atualmente Natural Resources Conservation Service verificaram que os hidrogramas unitários podem ser aproximados por relações de tempo e vazão estimadas com base no tempo de concentração tc e área das bacias A Fonte Collischonn W Tassi R Introduzindo Hidrologia 2008 64 Determinação da Vazão Hidrograma Unitário HUT SCS Observouse também que o HU pode ser aproximado por um triângulo definido por Vazão de Pico qp Tempo de Pico Tp e Tempo de Base tb 65 Determinação da Vazão Hidrograma Unitário HUT SCS HUT SCS Tempo de Pico tp Tp Tempo de Pico Tp ou Tempo de Subida do Hidrograma Tempo de Base tb Vazão de Pico qp Sendo A a área em km² Tp o tempo de subida horas qp a vazão de pico unitária em m³smm 66 Determinação da Vazão Hidrograma Unitário HUT SCS HUT SCS Tempo de Pico tp Tp Tempo de Pico Tp ou Tempo de Subida do Hidrograma Tempo de Base tb Vazão de Pico qp Sendo A a área em km² Tp o tempo de subida horas qp a vazão de pico unitária em m³smm O D ou t é o intervalo de tempo da simulação Deve ser o mesmo utilizado para a produção da chuva de projeto Usualmente adotase um valor entre tc 5 e tc 10 67 Determinação da Vazão Convolução Hidrograma de Projeto HUT SCS Após se ter definido o HUT Hidrograma Unitário Triangular fazse a convolução discreta para obter a propagação do escoamento Fonte PMPA 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Vol VI 68 Determinação da Vazão Convolução Hidrograma de Projeto HUT SCS A convolução é a etapa final do cálculo do hidrograma de projeto de uma bacia Ela se baseia nos princípios da Proporcionalidade e Sobreposição permitindo calcular para cada intervalo de tempo a vazão gerada pelo produto HU vs Precipitação Fonte PMPA 2005 Plano Diretor de Drenagem Urbana Manual de Drenagem Urbana Vol VI 69 Determinação da Vazão Hidrograma Unitário Exemplo Determine o Hidrograma Unitário Triangular para a bacia do exemplo anterior que conta com tempo de concentração igual a 30 min e área igual a 50 km² Observação no exercício anterior utilizouse 40 min como intervalo de tempo 70 Determinação da Vazão Hidrograma Unitário Exemplo Determine o Hidrograma Unitário Triangular para a bacia do exemplo anterior que conta com tempo de concentração igual a 30 min e área igual a 50 km² Tempo de Concentração tc 30 min Tempo de pico tp 18 min Tempo de Simulação D 4 min Tempo de Subida Tp 20 min Tempo de Base tb 534 min Vazão de Pico para uma precipitação com 1 mm Tempo de Subida 20 min 033 horas Área 50 km² Vazão de Pico 312 m³s1mm 71 Determinação da Vazão Hidrograma Unitário São duas retas Ou seja podemos ajustar duas equações às retas para a simulação convolução sendo que uma possui o coeficiente angular positivo e outra negativo 72 Determinação da Vazão Hidrograma de Projeto Exemplo Efetue a convolução entre a precipitação efetiva e o Hidrograma Unitário definidos nos dois exercícios anteriores A partir disso calcule a vazão de pico e o volume do hidrograma 73 Determinação da Vazão Hidrograma de Projeto t min t h HU m³smm P efetiva mm P1hu P2hu P3hu P4hu P5hu P6hu P7hu P8hu P9hu P10hu P11hu P12huQ Final m³s Volume 1000m³ 0 000 000 000 4 007 062 000 8 013 125 000 12 020 187 000 16 027 250 014 20 033 312 137 24 040 275 608 28 047 237 526 32 053 200 315 36 060 163 215 40 067 125 160 44 073 088 126 48 080 050 52 087 013 56 093 60 100 64 107 68 113 72 120 76 127 80 133 84 140 88 147 92 153 96 160 100 167 74 Determinação da Vazão Hidrograma de Projeto t min t h HU m³smm P efetiva mm P1hu P2hu P3hu P4hu P5hu P6hu P7hu P8hu P9hu P10hu P11hu P12huQ Final m³s Volume 1000m³ 0 000 000 000 4 007 062 000 8 013 125 000 12 020 187 000 16 027 250 014 20 033 312 137 24 040 275 608 28 047 237 526 32 053 200 315 36 060 163 215 40 067 125 160 44 073 088 126 48 080 050 52 087 013 56 093 60 100 64 107 68 113 72 120 76 127 80 133 84 140 88 147 92 153 96 160 100 167 75 Determinação da Vazão Hidrograma de Projeto t min t h HU m³smm P efetiva mm P1hu P2hu P3hu P4hu P5hu P6hu P7hu P8hu P9hu P10hu P11hu P12huQ Final m³s Volume 1000m³ 0 000 000 000 4 007 062 000 8 013 125 000 12 020 187 000 16 027 250 014 20 033 312 137 24 040 275 608 28 047 237 526 32 053 200 315 36 060 163 215 40 067 125 160 44 073 088 126 48 080 050 52 087 013 56 093 60 100 64 107 68 113 72 120 76 127 80 133 84 140 88 147 92 153 96 160 100 167 t min t h HU m³smm P efetiva mm P1hu P2hu P3hu P4hu P5hu P6hu P7hu P8hu P9hu P10hu P11hu P12huQ Final m³s Volume 1000m³ 0 000 000 000 000 4 007 062 000 000 000 8 013 125 000 000 000 000 12 020 187 000 000 000 000 000 16 027 250 014 000 000 000 000 000 20 033 312 137 000 000 000 000 009 24 040 275 608 000 000 000 000 017 28 047 237 526 000 000 000 000 32 053 200 315 000 000 000 000 36 060 163 215 000 000 000 000 40 067 125 160 000 000 000 000 44 073 088 126 000 000 000 000 48 080 050 000 000 000 000 52 087 013 000 000 000 000 56 093 000 000 000 60 100 000 000 64 107 000 68 113 72 120 76 127 80 133 84 140 88 147 92 153 96 160 100 167 76 Determinação da Vazão Hidrograma de Projeto t min t h HU m³smm P efetiva mm P1hu P2hu P3hu P4hu P5hu P6hu P7hu P8hu P9hu P10hu P11hu P12huQ Final m³s Volume 1000m³ 0 000 000 000 000 4 007 062 000 000 000 8 013 125 000 000 000 000 12 020 187 000 000 000 000 000 16 027 250 014 000 000 000 000 000 20 033 312 137 000 000 000 000 009 000 24 040 275 608 000 000 000 000 017 085 000 28 047 237 526 000 000 000 000 026 171 379 000 32 053 200 315 000 000 000 000 035 256 758 328 000 36 060 163 215 000 000 000 000 044 341 1137 657 196 000 40 067 125 160 000 000 000 000 038 427 1517 985 393 134 000 44 073 088 126 000 000 000 000 033 376 1896 1314 589 268 100 000 48 080 050 000 000 000 000 028 325 1669 1642 785 402 200 079 52 087 013 000 000 000 000 023 273 1442 1445 982 536 299 157 56 093 000 000 000 018 222 1215 1249 864 670 399 236 60 100 000 000 012 171 988 1052 747 590 499 314 64 107 000 007 120 761 855 629 510 439 393 68 113 002 069 534 659 511 430 379 346 72 120 018 306 462 394 349 320 299 76 127 079 265 276 269 260 252 80 133 069 159 189 200 205 84 140 041 108 140 158 88 147 028 081 111 92 153 021 064 96 160 016 100 167 t min t h HU m³smm P efetiva mm P1hu P2hu P3hu P4hu P5hu P6hu P7hu P8hu P9hu P10hu P11hu P12huQ Final m³s Volume 1000m³ 0 000 000 000 000 000 4 007 062 000 000 000 000 8 013 125 000 000 000 000 000 12 020 187 000 000 000 000 000 000 16 027 250 014 000 000 000 000 000 000 20 033 312 137 000 000 000 000 009 000 009 24 040 275 608 000 000 000 000 017 085 000 103 28 047 237 526 000 000 000 000 026 171 379 000 576 32 053 200 315 000 000 000 000 035 256 758 328 000 1378 36 060 163 215 000 000 000 000 044 341 1137 657 196 000 2376 40 067 125 160 000 000 000 000 038 427 1517 985 393 134 000 3494 44 073 088 126 000 000 000 000 033 376 1896 1314 589 268 100 000 4575 48 080 050 000 000 000 000 028 325 1669 1642 785 402 200 079 5129 52 087 013 000 000 000 000 023 273 1442 1445 982 536 299 157 5158 56 093 000 000 000 018 222 1215 1249 864 670 399 236 4873 60 100 000 000 012 171 988 1052 747 590 499 314 4373 64 107 000 007 120 761 855 629 510 439 393 3714 68 113 002 069 534 659 511 430 379 346 2929 72 120 018 306 462 394 349 320 299 2148 76 127 079 265 276 269 260 252 1402 80 133 069 159 189 200 205 821 84 140 041 108 140 158 448 88 147 028 081 111 219 92 153 021 064 084 96 160 016 016 100 167 000 t min t h HU m³smm P efetiva mm P1hu P2hu P3hu P4hu P5hu P6hu P7hu P8hu P9hu P10hu P11hu P12huQ Final m³s Volume 1000m³ 0 000 000 000 000 000 000 4 007 062 000 000 000 000 000 8 013 125 000 000 000 000 000 000 12 020 187 000 000 000 000 000 000 000 16 027 250 014 000 000 000 000 000 000 000 20 033 312 137 000 000 000 000 009 000 009 002 24 040 275 608 000 000 000 000 017 085 000 103 025 28 047 237 526 000 000 000 000 026 171 379 000 576 138 32 053 200 315 000 000 000 000 035 256 758 328 000 1378 331 36 060 163 215 000 000 000 000 044 341 1137 657 196 000 2376 570 40 067 125 160 000 000 000 000 038 427 1517 985 393 134 000 3494 839 44 073 088 126 000 000 000 000 033 376 1896 1314 589 268 100 000 4575 1098 48 080 050 000 000 000 000 028 325 1669 1642 785 402 200 079 5129 1231 52 087 013 000 000 000 000 023 273 1442 1445 982 536 299 157 5158 1238 56 093 000 000 000 018 222 1215 1249 864 670 399 236 4873 1169 60 100 000 000 012 171 988 1052 747 590 499 314 4373 1050 64 107 000 007 120 761 855 629 510 439 393 3714 891 68 113 002 069 534 659 511 430 379 346 2929 703 72 120 018 306 462 394 349 320 299 2148 516 76 127 079 265 276 269 260 252 1402 336 80 133 069 159 189 200 205 821 197 84 140 041 108 140 158 448 107 88 147 028 081 111 219 053 92 153 021 064 084 020 96 160 016 016 004 100 167 000 000 77 Determinação da Vazão Hidrograma de Projeto Volume Total 10518 x1000 m³ Vazão de Pico 5158 m³s 78 Determinação da Vazão Hidrograma de Projeto TAREFA PARA CASA Elaborar uma planilha em Excel que realize todos os cálculos apresentados nos Exemplos 1 2 e 3 Os resultados desses exemplos devem ser utilizados para validar a planilha gerada