Trabalho de Hidrologia

Questão 2 1 pontos Encontreselecione um curso dágua no RS atingido pelos extremos de inundação que ocorreram entre o final de abril e maio de 2024 Escolha um ponto da seção do rio e responda às questões abaixo a Explique o PORQUÊ da sua escolha b Descreva a seção do rio escolhida e apresente sua localização e fotos do local c Defina e discuta sobre quais métodos de medição de vazões são mais adequados para esse local e por que incluindo a estimativa de vazões máximas Por que outros são inadequados d A seção escolhida apresenta histórico de cheias e inundações Comente e Discuta e argumente sobre os métodos de estimativa de vazões máximas de cheias destacando o que é mais adequado ou inadequado para esse local bem como suas vantagens e desvantagens Questão 3 15 ponto a Ajuste a curva chave para os dados observados de cota e vazão na estação fluviométrica 86510000 no rio Taquari em MuçumRS Realize o download dos dados no portal httpswwwsnirhgovbrhidrowebserieshistoricas Utilize dos dados de medição de vazões no arquivo ResumoDescarga b Avalie o comportamento da relação cota vazão ao longo do tempo e compare as observações de vazão com série histórica observada c Discuta sobre as incertezas e limitações da curva chave neste local Questão 4 35 pontos Nos dias 15 e 16 de junho de 20231 ocorreram precipitações intensas no sul do Brasil causando alagamentos e inundações em diversas cidades com perdas econômicas e vidas humanas As regiões atingidas incluem as bacias do Três Forquilhas e Maquiné no litoral norte do RS A região de Três Forquilhas havia sido atingida recentemente por cheia extrema em março de 20232 Você é o engenheiro responsável por caracterizar a cheia ocorrida no rio Três Forquilhas em 16jun2023 Considere que a precipitação média na bacia foi estimada com dados das estações telemétricas Itati SEMA Itati CEMADEN Três Forquilhas CEMADEN e Rest Mirador CEMADEN O hidrograma de vazões foi estimado com dados de níveis da estação telemétrica em Itati com área de drenagem 393 km2 Os dados foram obtidos dos sistemas httpswwwsnirhgovbrhidrowebmapa e httpswwwsnirhgovbrhidrotelemetriaultimosDadosaspx e estão no arquivo ObsItatiTresForquilhas2023xlsx 1 Utilize os métodos SCS CN e Hidrograma Unitário para simular e reproduzir o evento de cheia de 16062023 a Estime a chuva efetiva utilizando o método SCS CN b Estime o hidrograma unitário e aplique a convolução para estimar o hidrograma 2 Compare de forma crítica o resultado com as observações a Plote no mesmo gráfico o hidrograma observado e estimado b Avalie 3 Discuta acerca das fontes de incertezas e indique o que melhorar para estimativas de hidrograma de cheia para estudos retrospectivos e sistemas de alerta 1 httpsg1globocomrsriograndedosulnoticia20230617buscaspordesaparecidossaoretomadasem cidadesatingidasporciclonenorsghtml 2 httpsgauchazhclicrbscombrgeralnoticia202303municipiosdolitoralnorte encaminhamdecretodesituacaodeemergenciaaposestragosdachuva cleyin7h4005w017lrxnujb5vhtml Questão 5 20 pontos Você é o engenheiro responsável por estudos de cheias para um TR 25 anos no Arroio Dilúvio em Porto Alegre no contexto de avaliações de inundações urbanas e dos impactos das obras de dragagem recentes e estabilidade do seu leito 1 Estime a vazão máxima no exutório do Arroio Dilúvio utilizando o Método Racional 2 Estime vazão para um cenário prédesenvolvimento na bacia e avalie o impacto da urbanização nas cheias 3 Avalie o potencial impacto da mudança climática utilizando os critérios da nota técnica disponível no link httpswwwufrgsbriphnotatecnicacriterios hidrologicosparaadaptacaoamudancaclimaticachuvasecheiasextremas naregiaosuldobrasil 4 Avalie de forma crítica estas estimativas discutindo suas limitações Como complexidades da bacia eg infraestrutura de drenagem heterogeneidade limitam as estimativas desse método Que tipo de método alternativo poderia ser avaliado Figura 1 Arroio Diluvio Porto Alegre e ponto aproximado do seu exutório Questão 6 1 ponto Discorra sobre os processos de geração de escoamento nas diferentes áreaspaisagens abaixo e explique a sua relação com a formação do hidrograma e suas características a Bacia do Rio Maquiné localizado no sopé da Serra do Mar Vista aérea e hidrograma b Bacia do rio Salgado em Icó no Ceará região do semiárido Hidrograma de vazões em mmdia c Rio das Mortes no Mato Grosso região do Cerrado Hidrograma de vazões em mmdia d Arroio Diluvio em Porto Alegre RS Questão 2 a Escolhi o Rio Taquari localizado no estado do Rio Grande do Sul que foi severamente impactado pelas inundações extremas ocorridas entre o final de abril e maio de 2024 Este rio é significativo devido ao seu histórico de cheias extremas e ao impacto substancial nas comunidades locais As inundações recentes foram particularmente devastadoras resultando em perdas materiais significativas deslocamento de moradores e interrupções econômicas na região A escolha do Rio Taquari baseiase em vários fatores críticos Primeiramente o histórico de inundações do rio demonstra uma recorrência de eventos extremos que afetam diretamente a população e a infraestrutura ao longo de seu curso Este histórico fornece uma base robusta de dados para análise permitindo um estudo aprofundado das causas e dinâmicas das inundações Além disso as inundações de abril e maio de 2024 destacaram a vulnerabilidade das comunidades ribeirinhas com muitas áreas urbanas e rurais sofrendo danos substanciais A análise das condições hidrológicas do Rio Taquari pode fornecer insights valiosos sobre como eventos climáticos extremos impactam a região possibilitando o desenvolvimento de estratégias eficazes de mitigação e gestão de riscos b A seção escolhida do Rio Taquari para esta análise é a que se encontra entre as cidades de Lajeado e Estrela no estado do Rio Grande do Sul Esta área foi uma das mais afetadas pelas inundações extremas que ocorreram entre o final de abril e maio de 2024 A escolha desta seção específica foi baseada na gravidade dos impactos observados a disponibilidade de dados hidrológicos e a relevância para estudos de mitigação de cheias Localização Geográfica Coordenadas Geográficas Latitude 294597 Longitude 519646 Descrição do Local Lajeado e Estrela são cidades vizinhas situadas na região central do estado do Rio Grande do Sul O Rio Taquari atravessa ambas as cidades desempenhando um papel crucial no fornecimento de água na agricultura e no transporte No entanto devido à sua localização geográfica e às características topográficas esta área é particularmente vulnerável a eventos de cheia A seção escolhida do Rio Taquari entre Lajeado e Estrela é caracterizada por um leito largo e profundo com margens relativamente inclinadas A presença de vegetação ripária vegetação nativa ao longo das margens dos rios contribui para a estabilização das margens e ajuda na absorção de água durante períodos de alta vazão No entanto durante eventos de precipitação extrema o volume de água pode ultrapassar a capacidade de absorção e retenção resultando em inundações significativas Fotos do Local Imagem Ponte que liga as cidades de Lajeado e Estrela em 2021 Imagem Ponte que liga as cidades de Lajeado e Estrela durante as chuvas de 2024 Imagem Ponte que liga as cidades de Lajeado e Estrela logo após as chuvas de 2024 dia 4 de maio Imagem cheia dos rios Taquari Jacuí e Caí que desembocam no lago Guaíba antes das chuvas Imagem cheia dos rios Taquari Jacuí e Caí que desembocam no lago Guaíba depois das chuvas c Para a seção escolhida os métodos de medição mais adequados incluem o uso de ADCPs Medidor de Vazão Acústico Doppler estações fluviométricas e molinetes hidrométricos devido à sua precisão rapidez e capacidade de lidar com as condições específicas do local O ADCP é utilizado para medir a velocidade da água e calcular a vazão em diferentes profundidades sendo ideal para medições detalhadas e precisas As estações fluviométricas são usadas para monitorar continuamente a altura da água e através de uma curvachave estimar a vazão O molinete hidrométrico é um método clássico que mede a velocidade da água em diferentes pontos e converte essas medições em vazão Esses métodos são voltados para obter medições precisas e contínuas da vazão em diferentes condições de fluxo no Rio Taquari Métodos como o de flutuação e vertedores são inadequados devido à sua baixa precisão e limitações práticas d A seção do Rio Taquari entre as cidades de Lajeado e Estrela possui um histórico significativo de cheias e inundações Este trecho do rio é particularmente suscetível a eventos extremos devido a diversos fatores incluindo a topografia o regime de chuvas da região e a dinâmica de uso do solo na bacia hidrográfica A região sul do Brasil onde se localiza o Rio Taquari é conhecida por ter um regime de chuvas bem distribuídas ao longo do ano com eventos de precipitação intensa que podem causar enchentes repentinas A topografia do vale do Taquari contribui para a rápida concentração das águas pluviais no leito do rio aumentando o risco de enchentes durante períodos de chuva intensa Além disso a urbanização e as atividades agrícolas na bacia hidrográfica do Taquari têm impactado a infiltração da água no solo e aumentado o escoamento superficial o que agrava o risco de cheias Entre os eventos históricos de cheias mais notáveis destacase a enchente de 1941 uma das maiores já registradas que causou destruição significativa na região Em 2011 outra grande enchente atingiu diversas cidades ao longo do Rio Taquari incluindo Lajeado e Estrela causando danos a infraestruturas e perdas econômicas Nos últimos anos o Rio Taquari continuou a sofrer com inundações periódicas com eventos notáveis ocorrendo em 2017 e 2020 que resultaram em decretos de situação de emergência nas áreas afetadas As cheias na região resultam em impactos significativos incluindo danos à infraestrutura perdas agrícolas e deslocamento populacional Pontes estradas e edifícios são frequentemente danificados as áreas rurais ao longo do rio sofrem perdas substanciais nas plantações e criações de animais e muitas famílias precisam ser evacuadas durante os eventos de cheia enfrentando perdas materiais e dificuldades para retornar às suas residências Com base no histórico de cheias e inundações fica evidente a necessidade de monitoramento contínuo e implementação de medidas de mitigação Isso inclui a manutenção de estações fluviométricas construção de obras de contenção e implementação de sistemas de alerta precoce para proteger as comunidades ao longo do Rio Taquari entre Lajeado e Estrela e Para a seção escolhida a estimativa de vazões máximas de cheias é essencial para o planejamento de infraestrutura e mitigação de desastres Entre os métodos discutidos estão o Hidrograma Unitário o método SCSCN Curve Number e o Método Racional O Hidrograma Unitário se baseia na resposta da bacia hidrográfica a uma chuva unitária 1 mm em um tempo de concentração específico e é adequado devido à sua capacidade de considerar a resposta da bacia às chuvas intensas Suas vantagens incluem a simulação de diferentes cenários de precipitação e a capacidade de ajuste para características específicas da bacia embora requeira dados históricos de precipitação e vazão para calibração e possa ser menos preciso em bacias com mudanças rápidas na ocupação do solo O método SCSCN é utilizado para estimar a chuva efetiva e a vazão de escoamento superficial baseado na classificação do uso e ocupação do solo tipo de solo e condições de umidade antecedente É simples e fácil de aplicar mas pode ser menos preciso em áreas com grande variação de uso do solo e depende de tabelas empíricas que podem não refletir perfeitamente as condições locais O Método Racional tradicionalmente utilizado para pequenas bacias urbanas estima a vazão máxima com base na intensidade de precipitação coeficiente de escoamento e área da bacia Sua simplicidade e rapidez de aplicação são vantagens porém é menos adequado para grandes bacias como a do Rio Taquari e não considera o tempo de concentração e a distribuição temporal da precipitação Para esta seção do Rio Taquari o Hidrograma Unitário e o SCSCN são os métodos mais adequados devido à sua capacidade de considerar a resposta hidrológica da bacia de maneira mais detalhada enquanto o Método Racional pode ser inadequado devido à escala da bacia e à necessidade de considerar a variabilidade temporal das precipitações Questão 3 a A curva chave é geralmente ajustada usando uma função de potência da forma onde Q é a vazão h é a cota h0 é a cota de zero de medição offset e a e b são parâmetros a serem determinados A curva chave ajustada para os dados de cota e vazão na estação fluviométrica 86510000 no rio Taquari em MuçumRS é dada pela seguinte equação onde Q é a vazão em m³s h é a cota em metros b Estatísticas Descritivas As estatísticas descritivas das variáveis Cota e Vazão são as seguintes Cota Média 24664 Desvio Padrão 13561 Mínimo 8300 25º Percentil 15600 Mediana 20400 75º Percentil 33800 Máximo 64900 Vazão Média 38381 Desvio Padrão 41575 Mínimo 3540 25º Percentil 12100 Mediana 20066 75º Percentil 58035 Máximo 179200 O gráfico de dispersão mostra que há uma relação positiva entre a cota e a vazão No entanto a dispersão dos pontos indica que a relação não é perfeitamente linear especialmente para valores mais altos de cota e vazão onde a variabilidade aumenta Isso pode sugerir que outros fatores influenciam a vazão além da cota O gráfico de série temporal das vazões mostra que Variação Temporal Há uma variação significativa nas vazões ao longo do tempo com alguns picos notáveis em certos períodos Tendências e Sazonalidade Não há uma tendência clara de aumento ou diminuição ao longo do tempo mas existem flutuações que podem ser influenciadas por fatores sazonais ou eventos específicos Picos de Vazão Existem picos de vazão que podem indicar eventos de alta precipitação ou outras condições hidrológicas extremas c A discussão sobre as incertezas e limitações da curva chave na estação fluviométrica no rio Taquari em MuçumRS envolve diversos fatores que podem afetar a precisão e a confiabilidade das medições de vazão Um dos principais aspectos a considerar é a variabilidade hidrológica O comportamento do rio pode variar significativamente entre as estações do ano e entre diferentes anos devido a variações nas chuvas secas e outras condições climáticas Além disso eventos extremos como inundações e secas severas podem não ser bem representados na curva chave pois esses eventos alteram temporariamente a relação entre cota e vazão As mudanças no leito do rio também influenciam a precisão da curva chave Alterações como sedimentação erosão ou construções barragens pontes podem modificar a relação entre cota e vazão ao longo do tempo O crescimento de vegetação aquática pode igualmente influenciar a área molhada e consequentemente a vazão do rio Além disso as medições de cota e vazão estão sujeitas a erros instrumentais e humanos e inconsistências nos dados como valores faltantes ou outliers podem afetar a precisão da curva chave Outro ponto crucial é o processo de modelagem da curva chave A escolha do modelo matemático e o processo de ajuste regressão podem introduzir incertezas A qualidade do ajuste depende da quantidade e qualidade dos dados disponíveis Usar a curva chave para prever vazões fora do intervalo de dados observados pode levar a erros significativos Fatores antrópicos também desempenham um papel importante Atividades como agricultura urbanização e construção de infraestruturas podem alterar o regime hidrológico do rio influenciando a relação cotavazão A poluição pode afetar a densidade e a viscosidade da água alterando a velocidade e a área molhada No contexto específico do rio Taquari suas características únicas como geomorfologia uso do solo na bacia hidrográfica e a presença de estruturas hidráulicas podem influenciar a precisão da curva chave Para minimizar essas incertezas é recomendável manter um programa de monitoramento regular e consistente para capturar a variabilidade temporal e espacial revisar e recalibrar a curva chave periodicamente com novos dados de medição utilizar tecnologias avançadas e precisas para medições de cota e vazão e realizar análises de sensibilidade para entender como as variáveis e parâmetros influenciam a curva chave Questão 4 1 a Para estimar a chuva efetiva utilizando o método SCS CN Soil Conservation Service Curve Number seguimos os passos abaixo A abstração inicial Ia é a quantidade de precipitação que não contribui para o escoamento superficial Ela é calculada como Ia 02 S onde S é o potencial de armazenamento da bacia dado por S 25400CN 254 Para CN 75 S 2540075 254 8733 mm Então a abstração inicial Ia é Ia 02 8733 1747 mm A chuva efetiva Pe é a precipitação que contribui para o escoamento superficial dada por Pe P Ia2 P Ia S onde P é a precipitação total Soma da precipitação 15062023 300 até 16062023 2000 Ptotal 0 0945 07475 07925 223 12925 17375 3215 357 2275 23725 35775 69325 1047 186 31565 314775 330075 1951 101325 36375 06925 01 005 005 0 01 005 0205 0245 01 01975 02 01 005 0 0 0 005 01 005 0 Ptotal 19418 mm b Vamos calcular a vazão Qt para cada hora do dia 16062023 aplicando a convolução da precipitação efetiva com o hidrograma unitário Q16623 000 Q042 Q16623 100 Q006 Q16623 200 Q003 Q16623 300 Q003 Q16623 400 Q0 Q16623 500 Q006 Q16623 600 Q003 Q16623 700 Q012 Q16623 800 Q015 Q16623 900 Q006 Q16623 1000 Q012 Q16623 1100 Q012 Q16623 1200 Q006 Q16623 1300 Q003 Q16623 1400 Q0 Q16623 1500 Q0 Q16623 1600 Q003 Q16623 1700 Q006 Q16623 1800 Q003 Q16623 1900 Q0 Q16623 2000 Q0 b Parâmetros do Hidrograma Unitário Tempo de Ascensão Ta 6 horas Tempo de Duração Td 18 horas Vazão de Pico Qp 100 m³s Fórmula do Hidrograma Unitário Triangular Para um hidrograma unitário triangular a fórmula é A comparação entre os dados observados e simulados mostra como o método pode ser utilizado para prever eventos de cheia mas ajustes adicionais podem ser necessários para melhorar a precisão como calibrar melhor o CN e ajustar o hidrograma unitário com base em dados específicos da bacia hidrográfica 2 a b A comparação entre o hidrograma observado e o estimado para o dia 16062023 revela diferenças notáveis 1 Pico de Vazão Observado O pico de vazão observado ocorreu por volta das 1800 de 15062023 atingindo 75122 m³s Esta alta vazão indica uma resposta rápida e intensa à precipitação característica de uma cheia significativa Estimado A vazão estimada nunca ultrapassou 50 m³s o que demonstra uma subestimação substancial O modelo não capturou o aumento acentuado da vazão observada indicando uma falha em reproduzir a intensidade do evento de cheia 2 Forma do Hidrograma Observado O hidrograma observado apresenta um padrão com um aumento acentuado seguido por um pico bem definido e uma rápida diminuição Isso é típico de eventos de precipitação intensa que causam alagamentos súbitos Estimado O hidrograma estimado mostra uma forma muito mais suave com uma resposta gradual Esse padrão pode sugerir que o modelo não refletiu adequadamente a intensidade e a duração do evento de chuva 3 Tempo de Duração Observado O evento observado teve uma duração mais prolongada com vazões elevadas indicando que a cheia persistiu por mais tempo Estimado O hidrograma estimado tem um período de vazão baixa o que pode ser um sinal de que a precipitação foi subestimada ou a resposta do modelo foi inadequada para o evento de cheia 3 Para melhorar as estimativas de hidrogramas de cheia é essencial abordar diversas fontes de incertezas e implementar melhorias nas metodologias e ferramentas utilizadas Fontes de Incerteza A precisão das estimativas de hidrogramas é impactada por várias incertezas Primeiramente a qualidade e cobertura dos dados de precipitação são cruciais Se as estações de medição não têm uma cobertura adequada ou enfrentam problemas de manutenção a estimativa da precipitação pode ser comprometida Além disso a precipitação intensa pode ser muito localizada e não capturada totalmente pelas estações resultando em uma estimativa imprecisa da chuva efetiva Outra fonte significativa de incerteza é o modelo de hidrograma unitário utilizado A escolha do modelo pode influenciar bastante os resultados e se o modelo escolhido não for o mais adequado para as características da bacia a estimativa da resposta hidrológica pode ser incorreta Parâmetros imprecisos ou desatualizados também podem afetar negativamente a precisão do modelo A estimativa da chuva efetiva é outra área crítica Métodos diferentes para calcular a chuva efetiva podem produzir resultados variados dependendo das suposições e parâmetros utilizados É importante escolher e aplicar métodos que representem adequadamente as características da bacia Além disso as características físicas da bacia como tipo de solo topografia e cobertura do solo podem afetar a resposta hidrológica Se essas características não forem totalmente capturadas pelos modelos as previsões podem ser imprecisas A resolução temporal e espacial dos dados observacionais também pode não refletir adequadamente a intensidade e a duração do evento de cheia levando a possíveis discrepâncias Melhorias Recomendadas Para melhorar a precisão das estimativas de hidrogramas várias melhorias são recomendadas Primeiramente a expansão da rede de medição pode melhorar a cobertura espacial e capturar melhor a variabilidade das chuvas Garantir a manutenção e calibração das estações de medição também é fundamental para garantir a precisão dos dados coletados Refinar os modelos hidrológicos é crucial Isso inclui escolher modelos de hidrograma unitário mais representativos para a bacia e calibrar os modelos com dados históricos A validação das previsões com eventos observados pode ajudar a ajustar os parâmetros e melhorar a precisão A melhoria na estimativa da chuva efetiva pode ser alcançada utilizando métodos mais avançados e precisos considerando a variabilidade espacial e temporal da precipitação Aplicar correções nos dados de precipitação também pode ajudar a refletir melhor a realidade do evento Incorporar tecnologias avançadas como sensores remotos e dados de satélites pode fornecer informações mais detalhadas sobre a precipitação e a resposta da bacia Integrar modelos numéricos de previsão do tempo com modelos hidrológicos pode melhorar a precisão das previsões e antecipar eventos de cheia Finalmente desenvolver sistemas de alerta eficazes é essencial Implementar monitoramento em tempo real e criar modelos de alerta que integrem previsões de precipitação e hidrogramas estimados podem fornecer alertas antecipados e ajudar a proteger comunidades afetadas por cheias Questão 5 1 A fórmula do Método Racional é QCiA Onde Q é a vazão máxima m³s C é o coeficiente de escoamento i é a intensidade da precipitação mmh A é a área da bacia km² Em áreas urbanas como Porto Alegre o valor de C varia de 05 a 09 Para o Arroio Dilúvio considerando a alta impermeabilização podemos usar C07C Para um período de retorno de 25 anos a intensidade da precipitação pode ser obtida de curvas IDF IntensidadeDuraçãoFrequência Suponhamos uma intensidade de 80 mmh para o período de retorno e a duração da precipitação Considerando uma área de drenagem de 15 km² Q078015840m ³h0233m ³ s 2 Para um cenário prédesenvolvimento o coeficiente de escoamento C seria menor devido à maior infiltração e menor impermeabilização Suponhamos C03 Q038015360m ³h01m³s 3 Suponha um aumento de 20 na intensidade de precipitação devido à mudança climática Nova Intensidade i i801296mmh Recalculando a vazão máxima para o cenário urbanizado com mudança climática Q0796151008m ³h028m ³ s A mudança climática aumenta a vazão máxima estimada para 028 m³s mostrando um aumento de cerca de 20 o que pode agravar ainda mais os riscos de inundações Questão 6 a Bacia do Rio Maquiné localizado no sopé da Serra do Mar Na bacia do Rio Maquiné localizado no sopé da Serra do Mar os processos de geração de escoamento são fortemente influenciados pela precipitação orográfica Devido à localização a bacia recebe chuvas intensas causadas pelo levantamento do ar úmido que se condensa ao encontrar a serra A topografia inclinada e a vegetação densa favorecem o rápido escoamento superficial Além disso a vegetação densa contribui para a infiltração da água no solo auxiliando na recarga dos aquíferos A relação com a formação do hidrograma mostra que a bacia tende a exibir picos de vazão rápidos e altos devido à rápida resposta hidrológica às chuvas intensas Apesar disso a presença de vegetação e solo permeável pode moderar a resposta mas a topografia íngreme ainda resulta em picos acentuados b Bacia do Rio Salgado em Icó no Ceará região do semiárido Na bacia do Rio Salgado em Icó no Ceará região do semiárido os processos de geração de escoamento são caracterizados por chuvas esporádicas e intensas As precipitações embora raras são muito fortes quando ocorrem A baixa infiltração é uma característica marcante devido aos solos mais compactados e menor cobertura vegetal o que aumenta o escoamento superficial Além disso a alta taxa de evapotranspiração causada pelas altas temperaturas e baixa cobertura vegetal reduz a quantidade de água disponível para infiltração A formação do hidrograma nesta bacia mostra picos de vazão elevados e de curta duração seguidos por períodos prolongados de baixa vazão ou vazão nula A resposta hidrológica é rápida refletindo a natureza esporádica das chuvas mas não sustentada c Rio das Mortes no Mato Grosso região do Cerrado No Rio das Mortes localizado no Mato Grosso na região do Cerrado os processos de geração de escoamento são influenciados por chuvas sazonais intensas durante os meses de verão Os solos profundos e porosos da região permitem alta infiltração e armazenamento de água moderando o escoamento superficial A vegetação típica do Cerrado também contribui para a infiltração e transpiração auxiliando na moderação do escoamento O hidrograma do Rio das Mortes tende a mostrar um aumento gradual na vazão durante a estação chuvosa com picos de vazão mais moderados devido à alta infiltração e armazenamento nos solos A resposta hidrológica é mais lenta e sustentada em comparação com as bacias do semiárido d Arroio Diluvio em Porto Alegre RS No Arroio Diluvio localizado em Porto Alegre RS os processos de geração de escoamento são fortemente influenciados pela urbanização A alta proporção de superfícies impermeáveis como ruas e edifícios resulta em alto escoamento superficial A infraestrutura de drenagem urbana acelera o transporte da água da chuva para o arroio reduzindo a infiltração devido à compactação do solo e superfícies impermeáveis O hidrograma do Arroio Diluvio mostra picos de vazão muito rápidos e altos logo após eventos de chuva devido à rápida drenagem e baixa infiltração A resposta hidrológica é extremamente rápida aumentando o risco de inundações urbanas Questão 2 a Escolhi o Rio Taquari localizado no estado do Rio Grande do Sul que foi severamente impactado pelas inundações extremas ocorridas entre o final de abril e maio de 2024 Este rio é significativo devido ao seu histórico de cheias extremas e ao impacto substancial nas comunidades locais As inundações recentes foram particularmente devastadoras resultando em perdas materiais significativas deslocamento de moradores e interrupções econômicas na região A escolha do Rio Taquari baseiase em vários fatores críticos Primeiramente o histórico de inundações do rio demonstra uma recorrência de eventos extremos que afetam diretamente a população e a infraestrutura ao longo de seu curso Este histórico fornece uma base robusta de dados para análise permitindo um estudo aprofundado das causas e dinâmicas das inundações Além disso as inundações de abril e maio de 2024 destacaram a vulnerabilidade das comunidades ribeirinhas com muitas áreas urbanas e rurais sofrendo danos substanciais A análise das condições hidrológicas do Rio Taquari pode fornecer insights valiosos sobre como eventos climáticos extremos impactam a região possibilitando o desenvolvimento de estratégias eficazes de mitigação e gestão de riscos b A seção escolhida do Rio Taquari para esta análise é a que se encontra entre as cidades de Lajeado e Estrela no estado do Rio Grande do Sul Esta área foi uma das mais afetadas pelas inundações extremas que ocorreram entre o final de abril e maio de 2024 A escolha desta seção específica foi baseada na gravidade dos impactos observados a disponibilidade de dados hidrológicos e a relevância para estudos de mitigação de cheias Localização Geográfica Coordenadas Geográficas Latitude 294597 Longitude 519646 Descrição do Local Lajeado e Estrela são cidades vizinhas situadas na região central do estado do Rio Grande do Sul O Rio Taquari atravessa ambas as cidades desempenhando um papel crucial no fornecimento de água na agricultura e no transporte No entanto devido à sua localização geográfica e às características topográficas esta área é particularmente vulnerável a eventos de cheia A seção escolhida do Rio Taquari entre Lajeado e Estrela é caracterizada por um leito largo e profundo com margens relativamente inclinadas A presença de vegetação ripária vegetação nativa ao longo das margens dos rios contribui para a estabilização das margens e ajuda na absorção de água durante períodos de alta vazão No entanto durante eventos de precipitação extrema o volume de água pode ultrapassar a capacidade de absorção e retenção resultando em inundações significativas Fotos do Local Imagem Ponte que liga as cidades de Lajeado e Estrela em 2021 Imagem Ponte que liga as cidades de Lajeado e Estrela durante as chuvas de 2024 Imagem Ponte que liga as cidades de Lajeado e Estrela logo após as chuvas de 2024 dia 4 de maio Imagem cheia dos rios Taquari Jacuí e Caí que desembocam no lago Guaíba antes das chuvas Imagem cheia dos rios Taquari Jacuí e Caí que desembocam no lago Guaíba depois das chuvas c Para a seção escolhida os métodos de medição mais adequados incluem o uso de ADCPs Medidor de Vazão Acústico Doppler estações fluviométricas e molinetes hidrométricos devido à sua precisão rapidez e capacidade de lidar com as condições específicas do local O ADCP é utilizado para medir a velocidade da água e calcular a vazão em diferentes profundidades sendo ideal para medições detalhadas e precisas As estações fluviométricas são usadas para monitorar continuamente a altura da água e através de uma curvachave estimar a vazão O molinete hidrométrico é um método clássico que mede a velocidade da água em diferentes pontos e converte essas medições em vazão Esses métodos são voltados para obter medições precisas e contínuas da vazão em diferentes condições de fluxo no Rio Taquari Métodos como o de flutuação e vertedores são inadequados devido à sua baixa precisão e limitações práticas d A seção do Rio Taquari entre as cidades de Lajeado e Estrela possui um histórico significativo de cheias e inundações Este trecho do rio é particularmente suscetível a eventos extremos devido a diversos fatores incluindo a topografia o regime de chuvas da região e a dinâmica de uso do solo na bacia hidrográfica A região sul do Brasil onde se localiza o Rio Taquari é conhecida por ter um regime de chuvas bem distribuídas ao longo do ano com eventos de precipitação intensa que podem causar enchentes repentinas A topografia do vale do Taquari contribui para a rápida concentração das águas pluviais no leito do rio aumentando o risco de enchentes durante períodos de chuva intensa Além disso a urbanização e as atividades agrícolas na bacia hidrográfica do Taquari têm impactado a infiltração da água no solo e aumentado o escoamento superficial o que agrava o risco de cheias Entre os eventos históricos de cheias mais notáveis destacase a enchente de 1941 uma das maiores já registradas que causou destruição significativa na região Em 2011 outra grande enchente atingiu diversas cidades ao longo do Rio Taquari incluindo Lajeado e Estrela causando danos a infraestruturas e perdas econômicas Nos últimos anos o Rio Taquari continuou a sofrer com inundações periódicas com eventos notáveis ocorrendo em 2017 e 2020 que resultaram em decretos de situação de emergência nas áreas afetadas As cheias na região resultam em impactos significativos incluindo danos à infraestrutura perdas agrícolas e deslocamento populacional Pontes estradas e edifícios são frequentemente danificados as áreas rurais ao longo do rio sofrem perdas substanciais nas plantações e criações de animais e muitas famílias precisam ser evacuadas durante os eventos de cheia enfrentando perdas materiais e dificuldades para retornar às suas residências Com base no histórico de cheias e inundações fica evidente a necessidade de monitoramento contínuo e implementação de medidas de mitigação Isso inclui a manutenção de estações fluviométricas construção de obras de contenção e implementação de sistemas de alerta precoce para proteger as comunidades ao longo do Rio Taquari entre Lajeado e Estrela e Para a seção escolhida a estimativa de vazões máximas de cheias é essencial para o planejamento de infraestrutura e mitigação de desastres Entre os métodos discutidos estão o Hidrograma Unitário o método SCSCN Curve Number e o Método Racional O Hidrograma Unitário se baseia na resposta da bacia hidrográfica a uma chuva unitária 1 mm em um tempo de concentração específico e é adequado devido à sua capacidade de considerar a resposta da bacia às chuvas intensas Suas vantagens incluem a simulação de diferentes cenários de precipitação e a capacidade de ajuste para características específicas da bacia embora requeira dados históricos de precipitação e vazão para calibração e possa ser menos preciso em bacias com mudanças rápidas na ocupação do solo O método SCSCN é utilizado para estimar a chuva efetiva e a vazão de escoamento superficial baseado na classificação do uso e ocupação do solo tipo de solo e condições de umidade antecedente É simples e fácil de aplicar mas pode ser menos preciso em áreas com grande variação de uso do solo e depende de tabelas empíricas que podem não refletir perfeitamente as condições locais O Método Racional tradicionalmente utilizado para pequenas bacias urbanas estima a vazão máxima com base na intensidade de precipitação coeficiente de escoamento e área da bacia Sua simplicidade e rapidez de aplicação são vantagens porém é menos adequado para grandes bacias como a do Rio Taquari e não considera o tempo de concentração e a distribuição temporal da precipitação Para esta seção do Rio Taquari o Hidrograma Unitário e o SCSCN são os métodos mais adequados devido à sua capacidade de considerar a resposta hidrológica da bacia de maneira mais detalhada enquanto o Método Racional pode ser inadequado devido à escala da bacia e à necessidade de considerar a variabilidade temporal das precipitações Questão 3 a A curva chave é geralmente ajustada usando uma função de potência da forma onde Q é a vazão h é a cota h0 é a cota de zero de medição offset e a e b são parâmetros a serem determinados A curva chave ajustada para os dados de cota e vazão na estação fluviométrica 86510000 no rio Taquari em MuçumRS é dada pela seguinte equação onde Q é a vazão em m³s h é a cota em metros b Estatísticas Descritivas As estatísticas descritivas das variáveis Cota e Vazão são as seguintes Cota Média 24664 Desvio Padrão 13561 Mínimo 8300 25º Percentil 15600 Mediana 20400 75º Percentil 33800 Máximo 64900 Vazão Média 38381 Desvio Padrão 41575 Mínimo 3540 25º Percentil 12100 Mediana 20066 75º Percentil 58035 Máximo 179200 O gráfico de dispersão mostra que há uma relação positiva entre a cota e a vazão No entanto a dispersão dos pontos indica que a relação não é perfeitamente linear especialmente para valores mais altos de cota e vazão onde a variabilidade aumenta Isso pode sugerir que outros fatores influenciam a vazão além da cota O gráfico de série temporal das vazões mostra que Variação Temporal Há uma variação significativa nas vazões ao longo do tempo com alguns picos notáveis em certos períodos Tendências e Sazonalidade Não há uma tendência clara de aumento ou diminuição ao longo do tempo mas existem flutuações que podem ser influenciadas por fatores sazonais ou eventos específicos Picos de Vazão Existem picos de vazão que podem indicar eventos de alta precipitação ou outras condições hidrológicas extremas c A discussão sobre as incertezas e limitações da curva chave na estação fluviométrica no rio Taquari em MuçumRS envolve diversos fatores que podem afetar a precisão e a confiabilidade das medições de vazão Um dos principais aspectos a considerar é a variabilidade hidrológica O comportamento do rio pode variar significativamente entre as estações do ano e entre diferentes anos devido a variações nas chuvas secas e outras condições climáticas Além disso eventos extremos como inundações e secas severas podem não ser bem representados na curva chave pois esses eventos alteram temporariamente a relação entre cota e vazão As mudanças no leito do rio também influenciam a precisão da curva chave Alterações como sedimentação erosão ou construções barragens pontes podem modificar a relação entre cota e vazão ao longo do tempo O crescimento de vegetação aquática pode igualmente influenciar a área molhada e consequentemente a vazão do rio Além disso as medições de cota e vazão estão sujeitas a erros instrumentais e humanos e inconsistências nos dados como valores faltantes ou outliers podem afetar a precisão da curva chave Outro ponto crucial é o processo de modelagem da curva chave A escolha do modelo matemático e o processo de ajuste regressão podem introduzir incertezas A qualidade do ajuste depende da quantidade e qualidade dos dados disponíveis Usar a curva chave para prever vazões fora do intervalo de dados observados pode levar a erros significativos Fatores antrópicos também desempenham um papel importante Atividades como agricultura urbanização e construção de infraestruturas podem alterar o regime hidrológico do rio influenciando a relação cotavazão A poluição pode afetar a densidade e a viscosidade da água alterando a velocidade e a área molhada No contexto específico do rio Taquari suas características únicas como geomorfologia uso do solo na bacia hidrográfica e a presença de estruturas hidráulicas podem influenciar a precisão da curva chave Para minimizar essas incertezas é recomendável manter um programa de monitoramento regular e consistente para capturar a variabilidade temporal e espacial revisar e recalibrar a curva chave periodicamente com novos dados de medição utilizar tecnologias avançadas e precisas para medições de cota e vazão e realizar análises de sensibilidade para entender como as variáveis e parâmetros influenciam a curva chave Questão 4 1 a Para estimar a chuva efetiva utilizando o método SCS CN Soil Conservation Service Curve Number seguimos os passos abaixo b Vamos calcular a vazão Qt para cada hora do dia 16062023 aplicando a convolução da precipitação efetiva com o hidrograma unitário Q16623 000 Q042 Q16623 100 Q006 Q16623 200 Q003 Q16623 300 Q003 Q16623 400 Q0 Q16623 500 Q006 Q16623 600 Q003 Q16623 700 Q012 Q16623 800 Q015 Q16623 900 Q006 Q16623 1000 Q012 Q16623 1100 Q012 Q16623 1200 Q006 Q16623 1300 Q003 Q16623 1400 Q0 Q16623 1500 Q0 Q16623 1600 Q003 Q16623 1700 Q006 Q16623 1800 Q003 Q16623 1900 Q0 Q16623 2000 Q0 b Parâmetros do Hidrograma Unitário Tempo de Ascensão Ta 6 horas Tempo de Duração Td 18 horas Vazão de Pico Qp 100 m³s Fórmula do Hidrograma Unitário Triangular Para um hidrograma unitário triangular a fórmula é A comparação entre os dados observados e simulados mostra como o método pode ser utilizado para prever eventos de cheia mas ajustes adicionais podem ser necessários para melhorar a precisão como calibrar melhor o CN e ajustar o hidrograma unitário com base em dados específicos da bacia hidrográfica 2 a b A comparação entre o hidrograma observado e o estimado para o dia 16062023 revela diferenças notáveis 1 Pico de Vazão Observado O pico de vazão observado ocorreu por volta das 1800 de 15062023 atingindo 75122 m³s Esta alta vazão indica uma resposta rápida e intensa à precipitação característica de uma cheia significativa Estimado A vazão estimada nunca ultrapassou 50 m³s o que demonstra uma subestimação substancial O modelo não capturou o aumento acentuado da vazão observada indicando uma falha em reproduzir a intensidade do evento de cheia 2 Forma do Hidrograma Observado O hidrograma observado apresenta um padrão com um aumento acentuado seguido por um pico bem definido e uma rápida diminuição Isso é típico de eventos de precipitação intensa que causam alagamentos súbitos Estimado O hidrograma estimado mostra uma forma muito mais suave com uma resposta gradual Esse padrão pode sugerir que o modelo não refletiu adequadamente a intensidade e a duração do evento de chuva 3 Tempo de Duração Observado O evento observado teve uma duração mais prolongada com vazões elevadas indicando que a cheia persistiu por mais tempo Estimado O hidrograma estimado tem um período de vazão baixa o que pode ser um sinal de que a precipitação foi subestimada ou a resposta do modelo foi inadequada para o evento de cheia 3 Para melhorar as estimativas de hidrogramas de cheia é essencial abordar diversas fontes de incertezas e implementar melhorias nas metodologias e ferramentas utilizadas Fontes de Incerteza A precisão das estimativas de hidrogramas é impactada por várias incertezas Primeiramente a qualidade e cobertura dos dados de precipitação são cruciais Se as estações de medição não têm uma cobertura adequada ou enfrentam problemas de manutenção a estimativa da precipitação pode ser comprometida Além disso a precipitação intensa pode ser muito localizada e não capturada totalmente pelas estações resultando em uma estimativa imprecisa da chuva efetiva Outra fonte significativa de incerteza é o modelo de hidrograma unitário utilizado A escolha do modelo pode influenciar bastante os resultados e se o modelo escolhido não for o mais adequado para as características da bacia a estimativa da resposta hidrológica pode ser incorreta Parâmetros imprecisos ou desatualizados também podem afetar negativamente a precisão do modelo A estimativa da chuva efetiva é outra área crítica Métodos diferentes para calcular a chuva efetiva podem produzir resultados variados dependendo das suposições e parâmetros utilizados É importante escolher e aplicar métodos que representem adequadamente as características da bacia Além disso as características físicas da bacia como tipo de solo topografia e cobertura do solo podem afetar a resposta hidrológica Se essas características não forem totalmente capturadas pelos modelos as previsões podem ser imprecisas A resolução temporal e espacial dos dados observacionais também pode não refletir adequadamente a intensidade e a duração do evento de cheia levando a possíveis discrepâncias Melhorias Recomendadas Para melhorar a precisão das estimativas de hidrogramas várias melhorias são recomendadas Primeiramente a expansão da rede de medição pode melhorar a cobertura espacial e capturar melhor a variabilidade das chuvas Garantir a manutenção e calibração das estações de medição também é fundamental para garantir a precisão dos dados coletados Refinar os modelos hidrológicos é crucial Isso inclui escolher modelos de hidrograma unitário mais representativos para a bacia e calibrar os modelos com dados históricos A validação das previsões com eventos observados pode ajudar a ajustar os parâmetros e melhorar a precisão A melhoria na estimativa da chuva efetiva pode ser alcançada utilizando métodos mais avançados e precisos considerando a variabilidade espacial e temporal da precipitação Aplicar correções nos dados de precipitação também pode ajudar a refletir melhor a realidade do evento Incorporar tecnologias avançadas como sensores remotos e dados de satélites pode fornecer informações mais detalhadas sobre a precipitação e a resposta da bacia Integrar modelos numéricos de previsão do tempo com modelos hidrológicos pode melhorar a precisão das previsões e antecipar eventos de cheia Finalmente desenvolver sistemas de alerta eficazes é essencial Implementar monitoramento em tempo real e criar modelos de alerta que integrem previsões de precipitação e hidrogramas estimados podem fornecer alertas antecipados e ajudar a proteger comunidades afetadas por cheias Questão 5 1 A fórmula do Método Racional é 𝑄 𝐶 𝑖 𝐴 Onde Q é a vazão máxima m³s C é o coeficiente de escoamento i é a intensidade da precipitação mmh A é a área da bacia km² Em áreas urbanas como Porto Alegre o valor de C varia de 05 a 09 Para o Arroio Dilúvio considerando a alta impermeabilização podemos usar C07C Para um período de retorno de 25 anos a intensidade da precipitação pode ser obtida de curvas IDF IntensidadeDuraçãoFrequência Suponhamos uma intensidade de 80 mmh para o período de retorno e a duração da precipitação Considerando uma área de drenagem de 15 km² 𝑄 0 7 80 15 840 𝑚³ℎ 0 233 𝑚³𝑠 2 Para um cenário prédesenvolvimento o coeficiente de escoamento C seria menor devido à maior infiltração e menor impermeabilização Suponhamos C03 𝑄 0 3 80 15 360 𝑚³ℎ 0 1 𝑚³𝑠 3 Suponha um aumento de 20 na intensidade de precipitação devido à mudança climática Nova Intensidade i 𝑖 801 2 96 𝑚𝑚ℎ Recalculando a vazão máxima para o cenário urbanizado com mudança climática 𝑄 0 7 96 15 1008 𝑚³ℎ 0 28 𝑚³𝑠 A mudança climática aumenta a vazão máxima estimada para 028 m³s mostrando um aumento de cerca de 20 o que pode agravar ainda mais os riscos de inundações Questão 6 a Bacia do Rio Maquiné localizado no sopé da Serra do Mar Na bacia do Rio Maquiné localizado no sopé da Serra do Mar os processos de geração de escoamento são fortemente influenciados pela precipitação orográfica Devido à localização a bacia recebe chuvas intensas causadas pelo levantamento do ar úmido que se condensa ao encontrar a serra A topografia inclinada e a vegetação densa favorecem o rápido escoamento superficial Além disso a vegetação densa contribui para a infiltração da água no solo auxiliando na recarga dos aquíferos A relação com a formação do hidrograma mostra que a bacia tende a exibir picos de vazão rápidos e altos devido à rápida resposta hidrológica às chuvas intensas Apesar disso a presença de vegetação e solo permeável pode moderar a resposta mas a topografia íngreme ainda resulta em picos acentuados b Bacia do Rio Salgado em Icó no Ceará região do semiárido Na bacia do Rio Salgado em Icó no Ceará região do semiárido os processos de geração de escoamento são caracterizados por chuvas esporádicas e intensas As precipitações embora raras são muito fortes quando ocorrem A baixa infiltração é uma característica marcante devido aos solos mais compactados e menor cobertura vegetal o que aumenta o escoamento superficial Além disso a alta taxa de evapotranspiração causada pelas altas temperaturas e baixa cobertura vegetal reduz a quantidade de água disponível para infiltração A formação do hidrograma nesta bacia mostra picos de vazão elevados e de curta duração seguidos por períodos prolongados de baixa vazão ou vazão nula A resposta hidrológica é rápida refletindo a natureza esporádica das chuvas mas não sustentada c Rio das Mortes no Mato Grosso região do Cerrado No Rio das Mortes localizado no Mato Grosso na região do Cerrado os processos de geração de escoamento são influenciados por chuvas sazonais intensas durante os meses de verão Os solos profundos e porosos da região permitem alta infiltração e armazenamento de água moderando o escoamento superficial A vegetação típica do Cerrado também contribui para a infiltração e transpiração auxiliando na moderação do escoamento O hidrograma do Rio das Mortes tende a mostrar um aumento gradual na vazão durante a estação chuvosa com picos de vazão mais moderados devido à alta infiltração e armazenamento nos solos A resposta hidrológica é mais lenta e sustentada em comparação com as bacias do semiárido d Arroio Diluvio em Porto Alegre RS No Arroio Diluvio localizado em Porto Alegre RS os processos de geração de escoamento são fortemente influenciados pela urbanização A alta proporção de superfícies impermeáveis como ruas e edifícios resulta em alto escoamento superficial A infraestrutura de drenagem urbana acelera o transporte da água da chuva para o arroio reduzindo a infiltração devido à compactação do solo e superfícies impermeáveis O hidrograma do Arroio Diluvio mostra picos de vazão muito rápidos e altos logo após eventos de chuva devido à rápida drenagem e baixa infiltração A resposta hidrológica é extremamente rápida aumentando o risco de inundações urbanas