Aspectos Hidrológicos da Drenagem Urbana

Drenagem Urbana Aspectos hidrológicos Jackson de Oliveira Pereira BACIA HIDROGRÁFICA É a área delimitada topograficamente drenada por um curso de água ou um sistema conectado de curso de água tal que toda a vazão efluente seja descarregada por um único ponto denominado seção de deságüe ou exutório da bacia INTRODUÇÃO 1 Efeitos da urbanização sobre o ciclo hidrológico 2 Efeitos da urbanização sobre o ciclo hidrológico aumento do pico e antecipação da ocorrência aumento do volume do escoamento superficial diminuição da evaporação e da recarga subterrânea aumento da poluição de origem pluvial aumento da produção de sedimentos 3 Fatores que influenciam da hidrologia urbana Área de drenagem Dado fundamental para definir a vazão de escoamento superficial de uma BH seu valor multiplicado pela lâmina precipitada define o volume da água recebido pela bacia Forma da bacia o formato de uma bacia hidrográfica determina a velocidade do escoamento superficial e o tempo de concentração Declividade A declividade dos terrenos de uma bacia controla em boa parte a velocidade com que se dá o escoamento superficial VILLELA 1975 Quanto mais íngreme for o terreno mais rápido será o escoamento superficial o tempo de concentração será menor e os picos de enchentes maiores Declividade do curso de água principal A velocidade de escoamento de um rio depende da declividade dos canais fluviais quanto maior a declividade maior será a velocidade de escoamento Tipo de uso e ocupação do solo capacidade de retenção da chuva e de minimizar os processos erosivos Geologia Influencia no tipo de solo e na permeabilidade Chuvas de curta duração e alta intensidade Enchentes Danos a obras hidráulicas Prejuízos à agricultura 43 Chuvas de baixa intensidade e longa duração Promovem aumento da infiltração Favorecem recarga de aqüíferos Podem causar problemas à agricultura e à conservação do solo 5 Grandezas que caracterizam as precipitações Lâmina precipitada Duração da precipitação Intensidade de precipitação Período de retorno e freqüência de probabilidade 51 Lâmina Precipitada P Altura pluviométrica ou total precipitado espessura média da lâmina de água precipitada que recobriria a região atingida pela precipitação admitindose que essa água não se infiltrasse não se evaporasse nem se escoasse para fora dos limites da região Unidade mm 1 mm 1 Lm2 10 m3ha 52 Tempo de duração td Período de tempo durante o qual a chuva cai Define juntamente com a Lâmina precipitada a intensidade da chuva Unidade minuto ou hora 7 Variabilidade da precipitação Espacial Temporal Influenciada por Latitude Distância do mar ou outras fontes de umidade Altitude Orientação das encostas e Vegetação 53 Intensidade da precipitação Ip Lâmina total precipitada por unidade de tempo P Unidade mmhora ou mmminuto Ip Ptd Apresenta grande variabilidade temporal mas para análise dos processos hidrológicos geralmente são definidos intervalos de tempo nos quais é considerada constante 6 Medidas da precipitação Medição pontual Pluviômetro diária recipiente de volume suficiente para conter as maiores precipitações dentro do intervalo de tempo definido Informações podem ser obtidas hidrowebanagovbr 6 Medidas da precipitação Medição contínua Pluviógrafo 53 Tempo de recorrência ou período de retorno Tempo de recorrência T ou Período de Retorno número médio de anos durante o qual esperase que a precipitação analisada seja igualada ou superada Frequência número médio de vezes que determinado evento é igualado ou superado Uma chuva com período de retorno de 10 anos 100 mmh apresenta uma frequência média de ocorrência de um evento igual ou superior de 01 ou 10 Significa que em média a cada 10 anos ocorre um evento igual ou superior a chuva de 100 mmh 83 Análise de frequência Considerando a frequência como uma boa estimativa da probabilidade teórica P e definindo o tempo de recorrência ou período de retorno T como sendo o período de tempo médio medido em anos em que um determinado evento é igualado ou superado pelo menos uma vez temse a seguinte relação 7 Variabilidade da precipitação Temporal ou Sazonal são inerentes ao clima predominante nas diferentes regiões do planeta representada por hietogramas 85 Grau de Risco A probabilidade de que uma precipitação extrema de certa intensidade seja igualada ou superada uma vez dentro de um ano é A probabilidade de não ser superada é A probabilidade de não ocorrer um valor igual ou maior ou de não ser superada dentro de N quaisquer anos é 85 Grau de Risco Por outro lado a probabilidade de ser superada pelo menos uma vez dentro de N anos é J é a probabilidade de ocorrência de um valor extremo durante N anos de vida útil da estrutura 86 Equações de chuvas intensas A precipitação máxima é entendida como a ocorrência extrema com determinada duração distribuição temporal e espacial crítica para uma área ou bacia hidrográfica O estudo das precipitações máximas é um dos caminhos para conhecerse a vazão de enchente de uma bacia As equações de chuva intensa podem ser expressas matematicamente por equações da seguinte forma 86 Equações de chuvas intensas Rio de Janeiro i 99154T0217 t 26115 Belo Horizonte i 144787T010 t 8084 Fortaleza i 50699T018 t 8061 2 VAZÃO DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL MÉTODO RACIONAL MÉTODO UTILIZADO PARA CÁLCULO DA VAZÃO DE PICO DESENVOLVIDO NA INGLATERRA 1889 TENDO ESSE NOME POR SUA ORIGEM BASEADA NO PURO RACIOCÍNIO Q Ai EM QUE A É ÁREA DE DRENAGEM i É A INTENSIDADE DA PRECIPITAÇÃO ESSA INTERPRETAÇÃO SERIA VÁLIDA CASO A BACIA FOSSE TOTALMENTE IMPERMEÁVEL INTRODUÇÃO DO COEFICIENTE RUNOFF C NA TENTATIVA DE INTRODUZIR AS PERDAS DE ÁGUA INFILTRAÇÃO E EVT 1 VAZÃO DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL Q CAi UNIDADES NO SI EM QUE A É ÁREA DE DRENAGEM L2 I A INTENSIDADE DA PRECIPITAÇÃO LT1 C COEFICIENTE DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL Q VAZÃO MÁXIMA DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL L3T1 A VAZÃO MÁXIMA OCORRE QUANDO TODA BACIA ESTIVER CONTRIBUINDO COM O ES O QUE OCORRERÁ NO MOMENTO EM QUE O TC FOR ATINGIDO 2 RELAÇÃO CHUVA X DEFLUVIO DESCRIÇÃO DA ÁREA DE DRENAGEM VALORES TÍPICOS DE C RESIDENCIAIS UNIFAMILIARES 030050 EDIFÍCIOS COM ÁREA VERDE CONTÍGUA 060075 ÁREAS RESIDENCIAIS COM OCUPAÇÃO DENSA 070095 ÁREAS RESIDENCIAIS SUBURBANAS 025040 ÁREAS COMERCIAIS DENSAMENTE OCUPADAS 080095 INDUSTRIAIS DENSAS 060090 POUCO DENSAS 050080 VIAS ASFALTADAS OU CONCRETADAS 070095 VIAS COM CALÇAMENTO TIPO PARALELEPÍPEDO 070085 ÁREAS DE ESTACIONAMENTO PAVIMENTADAS 080095 ÁREAS VERDES E PARQUES 010025 CEMITÉRIOS 010080 ÁREAS DESOCUPADAS 010060 1 VAZÃO DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL Condições de aplicação Pequenas bacias 80 100 e até 300ha podese assumir a distribuição uniforme da precipitação no tempo e no espaço a duração da precipitação é igual ao tempo de concentração da bacia efeitos de armazenamento superficial durante o escoamento são desprezíveis por exemplo em canais 3 TEMPO DE CONCENTRAÇÃO Fórmula de Kirpich tc tempo de concentração min L comprimento total da bacia medido ao longo do talvegue principal até o divisor de águas km Comprimento do curso de água principal desde a foz até a nascente H diferença de nível entre o ponto mais a montante da bacia e seu exutório em m 0385 3 c ΔH L 57 t 3 TEMPO DE CONCENTRAÇÃO Exemplo Determinar a vazão de projeto do bueiro que transporta o escoamento da bacia abaixo para o curso de água que se encontra na margem oposta da via T 50 anos A 1 A 2 A 3 Área Tipo de ocupação C Área A1 Florestas 050 12 ha A2 Agricultura 040 15 ha A3 Zona urbana 090 15 ha 014 1 250 0 9 41 4316 t T i L comprimento total da bacia medido ao longo do talvegue principal até o divisor de águas 2km H diferença de nível entre o ponto mais a montante da bacia e seu exutório 50 m Bueiro 3 TEMPO DE CONCENTRAÇÃO PARA OBRAS DE MACRODRENAGEM 3 TEMPO DE CONCENTRAÇÃO PARA OBRAS DE MACRODRENAGEM ALAS 4 Método tempo área O método tempoárea é uma extensão do método racional podendo entretanto considerar variações de intensidade da precipitação ao longo do tempo Esse método baseiase no estabelecimento de uma função relacionando áreas de contribuição na bacia ao tempo necessário para que essas áreas contribuam na saída da bacia 4 Método tempo área SA1 SA2 SA3 SA4 Isócrona t 15 min t 30 min t 45 min t 60 min Exutório da bacia Fig 2 Na Figura 2 são identificadas as subáreas de contribuição SA1 SA4 e as linhas isócronas com os respectivos tempos de contribuição dos escoamentos à saída exutório da bacia O tempo de concentração da bacia é de 60 minutos e sua área de drenagem total é de 12 km2 Determinar a vazão máxima de escoamento superficial 014 1 250 0 9 41 4316 t T i 4 Método tempo área Sub área ASA t C km2 min SA1 075 15 090 SA2 225 30 085 SA3 375 45 082 SA4 525 60 075 Total 1200 60 Chuva t I Ie min mmh mmh 1 15 10 8 2 30 20 16 3 45 15 12 4 60 10 8 5 75 5 4 6 90 25 2 Intensidade de Precipitação Total 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 15 30 45 60 75 90 tempo min I mmh 4 Método tempo área t Contribuições de escoamento segundo a precipitação min 10 20 15 10 5 25 Q mmh mmh mmh mmh mmh mmh m3s 0 000 15 167 167 30 500 334 834 45 834 1001 250 2085 60 1168 1668 751 167 3753 75 2335 1251 500 083 4170 90 1751 834 250 042 2877 105 1168 417 125 1710 120 584 209 792 135 292 292 150 000 4 Método tempo área Hidrograma de cheia 000 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 tempo min Q m3s