Introducao a Hidrologia - Conceitos Fundamentais e Aplicacoes na Engenharia

03012023 1753 aboutblank aboutblank 17 Introdução à Hidrologia Apresentação dos conceitos fundamentais AUTORA PROF ANA CRISTINA ZORATTO AUTORA PROF ANA CARLA DE SOUZA MASSELLI INTRODUÇÃO A HIDROLOGIA Hidrologia é a ciência que trata da água na Terra sua ocorrência circulação e distribuição suas propriedades físicas e químicas e sua reação com o meio ambiente incluindo sua relação com as formas vivas Definição do US Federal Council of Service and Technology citada por Chow 1959 apud Tucci 2000 É uma ciência recente que tem evoluído significativamente em função aos problemas crescentes resultados do aumento significativo da utilização das águas da ocupação das bacias hidrográficas e dos impactos resultantes sobre o meio ambiente A importância da Hidrologia é facilmente compreendida quando se considera o papel da água para a existência e a manutenção da vida no planeta O desperdício e a escassez da água doce representam séria ameaça ao desenvolvimento sustentável e a proteção do meio ambiente IMPORTANCIA DA HIDROLOGIA NA ENGANHARIA Na Engenharia a Hidrologia é aplicada para realizar a estimativa dos recursos hídricos ou seja a capacidade de mananciais superficiais e subterrâneos previsão e interpretação de variações e na quantidade e qualidade das águas naturais projetos e construção de obras hidráulicas como bueiros galerias de drenagem pluvial barragens e canais Água na natureza A água é um recurso mineral presente em toda a natureza nos estados sólido liquido e gasoso Cerca de 70 da superfície do planeta é coberta por esse recurso De acordo com Mihelcic e Zimmerman 2012 965 do volume total de água estão nos oceanos e apenas 0001 encontrase na atmosfera Calculase que apenas 25 da quantidade de água do mundo sejam de água doce distribuídas conforme a Tabela 01 Tabela 01 Porcentagem do total da água doce mundial em diferentes locais Local Água Doce Mundial Geleiras e cobertura permanente de água 687 Água Subterrânea 301 Lagos 026 Umidade do solo 005 Atmosfera 004 Brejos e pântanos 003 Água biológica 0003 Rios 00026 Fonte UNESCO WWAP 2003 As informações apresentadas mostram que apenas uma pequena porcentagem do total de água doce está disponível como água superficial lagos rios represas ou como água subterrânea recarregada em curto período de tempo O uso excessivo da capacidade hídrica das bacias tem agravado ainda mais a escassez no mundo A escassez da água é o resultado da combinação da variabilidade hidrológica e do elevado consumo humano Melhoras na eficiência do uso da água são consideradas fundamentais para mitigar eou solucionar a projeção de que em 2030 haverá um déficit de 40 entre a procura e a disponibilidade de água ÁGUA NO BRASIL Segundo a ANA 2013 o Brasil possui 13 da água doce disponível no planeta distribuída em doze Regiões Hidrográficas Ocultar 03012023 1753 aboutblank aboutblank 27 Legenda FIGURA 01 APRESENTAR AS REGIõES HIDROGRáFICAS DO BRASIL No Brasil segundo Agência Nacional de Águas ANA 2015 a Região Hidrográfica do Paraná Figura 02 que abrange seis estados e o Distrito Federal possui 65 da disponibilidade hídrica do pais e aproximadamente 321 do total da população nacional a Região também possui o maior desenvolvimento econômico do país Já a Região Hidrográfica Amazônica possui apenas 51 da população nacional e constitui a mais extensa rede hidrográfica do planeta possui 736 do total de água doce do Brasil Ocultar 03012023 1753 aboutblank aboutblank 37 Legenda FIGURA 02 REGIãO HIDROGRáFICA DO PARANá E SUAS PRINCIPAIS CIDADES USOS DA ÁGUA Nenhum recurso natural apresenta tantos usos quanto a água por isso deve estar presente no ambiente em quantidade e qualidade apropriadas Dentre os usos da água estão Abastecimento humano considerado o uso mais importante da água deve apresentar características sanitárias e toxicológicas prevenindo danos à saúde e ao bemestar Agricultura através da irrigação das culturas Geração de energia geração de vapor dágua nas usinas termoelétricas ou pelo aproveitamento de energia potencial ou cinética da água Navegação transporte de carga e passageiros por via fluvial lacustre e marítima Assimilação e transporte de poluentes lançamento de efluentes Preservação da flora e fauna concentração mínimas de oxigênio dissolvidos OD e ausência de substancias tóxicas acima de concentrações críticas para os organismos Aquicultura criação de organismos aquáticos Paisagismo Recreação esportes aquáticos natação e atividades como pesca e navegação esportiva Abastecimento industrial Por sua vez esses usos podem ser classificados como CONSUNTIVOS e NÃO CONSUNTIVOS Usos CONSUNTIVOS são aqueles em que ocorrem perda entre o que é derivado e o que retorna ao corpo dágua já os usos NÃO CONSUNTIVOS não são observados retiradas de água dos recursos hídricos onde se encontram Ocultar 03012023 1753 aboutblank aboutblank 47 Legenda FIGURA 04 USOS DáGUA A NãO CONSUNTIVO B USO CONSUNTIVO QUALIDADE DA ÁGUA A disponibilidade hídrica está relacionada não somente com a quantidade de água adequada mas também com a sua qualidade que deve atender as necessidades de determinado grupos de seres vivos biota BRAGA et al 2005 A qualidade da água é representada através de diversos parâmetros que demonstram suas principais características Ocultar Legenda FIGURA PARâMETROS FíSICOS DE QUALIDADE DA áGUA 03012023 1753 aboutblank aboutblank 57 Ocultar Legenda FIGURA PARâMETROS QUíMICOS DE QUALIDADE DA áGUA Ocultar Legenda FIGURA PARâMETROS BIOLóGICOS DE QUALIDADE DA áGUA ALTERAÇÕES DA QUALIDADE DAS ÁGUAS A poluição da água é a alteração de suas características por ações ou interferências naturais ou de origem antrópica que podem ocasionar impactos fisiológicos ecológicos ou estéticos Os conceitos de poluição e contaminação são diferentes a poluição necessariamente não implica em risco para saúde de todos os organismos que fazem uso dos recursos hídricos afetados por exemplo a introdução de calor no recurso hídrico pode causar alterações ecológicas porém necessariamente pode não causar danos à saúde A contaminação é a presença de substâncias eou organismos patógenos nocivos à saúde No entanto se estas substâncias não alterarem as relações ecológicas existentes na água ao longo do tempo está contaminação não será uma forma de poluição pois a ocorrência de contaminação não implica necessariamente em desequilíbrio ecológico Os poluentes podem ser introduzidos no meio aquático através de fontes de poluições pontuais ou fixas e difusas Poluições pontuais ou fixas relacionadas a um ponto específico de lançamento individualizados por exemplo o despejo de esgoto sanitário e efluente industrial Ocultar Poluições difusas não possuem um ponto de lançamento específico ocorrendo ao longo dos recursos hídricos por exemplo drenagem urbana 03012023 1753 aboutblank aboutblank 67 Ocultar Legenda FIGURA FONTES DE POLUIçãO PONTUAL E DIFUSA CICLO HIDROLOGICO A água constitui recurso natural renovável através dos processos físicos do ciclo hidrológico O ciclo hidrológico é fechado sem começo meio e fim e corresponde à dinâmica da água no meio ambiente ATIVIDADE é um segmento do que estuda o deslocamento das águas na superfície da Terra esse estudo considera o movimento da água a partir da menor porção de chuva caindo sobre um solo saturado de umidade ou impermeável escoa pela superfície tendo origem fundamentalmente nas precipitações Assinale a alternativa correta A Ciclo hidrológico precipitação B Evapotranspiração ciclo hidrológico C Escoamento superficial ciclo hidrológico D Vazão ciclo hidrológico E Infiltração ciclo hidrológico ATIVIDADE é um segmento do que estuda o deslocamento das águas na superfície da Terra esse estudo considera o movimento da água a partir da menor porção de chuva caindo sobre um solo saturado de umidade ou impermeável escoa pela superfície tendo origem fundamentalmente nas precipitações Assinale a alternativa correta A Ciclo hidrológico precipitação B Evapotranspiração ciclo hidrológico C Escoamento superficial ciclo hidrológico D Vazão ciclo hidrológico E Infiltração ciclo hidrológico ATIVIDADE é um segmento do que estuda o deslocamento das águas na superfície da Terra esse estudo considera o movimento da água a partir da menor porção de chuva caindo sobre um solo saturado de umidade ou impermeável escoa pela superfície tendo origem fundamentalmente nas precipitações Assinale a alternativa correta A Ciclo hidrológico precipitação 03012023 1753 aboutblank aboutblank 77 B Evapotranspiração ciclo hidrológico C Escoamento superficial ciclo hidrológico D Vazão ciclo hidrológico E Infiltração ciclo hidrológico ATIVIDADE Poluição é a introdução no meio ambiente de qualquer matéria ou energia que venha alterar as propriedades físicas químicas ou biológicas podendo afetar ou afetando saúde das espécies animais vegetais e do ser humano Quanto a origem existem dois tipos principais de poluição Assinale a alternativa que apresenta fonte de poluição difusa e pontual respectivamente A Lançamento de efluente doméstico em corpo hídrico e lixiviado de aterro sanitário B Lixiviados de aterros sanitários e lançamento de efluente em corpo hídrico C Lancçamento de efluente industrial e drenagem urbana D Escoamento superficial urbano e lixiviados de aterros sanitários E Drenagem agrícola e drenagem urbana ATIVIDADE O uso dos recursos hídricos temse intensificado nas últimas décadas tanto no que se refere à quantidade demandada quanto no que se refere à variedade desse uso Considere as sentenças a seguir sobre os tipos de uso da água I A recreação e a geração de energia por hidrelétrica representam respectivamente um uso não consuntivo e um uso consuntivo II Os usos não consuntivos são aqueles que retornam à fonte de abastecimento a água utilizada sem possibilidade de modificação no padrão temporal de disponibilidade III A irrigação e a pesca representam respectivamente um uso não consuntivo e um uso consuntivo IV Os usos consuntivos são aqueles que retiram água de sua fonte natural diminuindo suas disponibilidades espacial e temporal V A navegação e a irrigação representam respectivamente um uso não consuntivo e um uso consuntivo Assinale a alternativa que apresenta as sentenças corretas A I apenas B I e III apenas C I II e IV apenas D II IV e V apenas E I II III IV e V REFERÊNCIA Agência Nacional de Águas ANA Brasil Conjuntura dos recursos hídricos no Brasil regiões hidrográficas brasileiras Edição Especial Brasília ANA 2015 Disponível em httpwww3snirhgovbrportalsnirhsnirh1conjunturadosrecursoshidricos Acesso em 22 de março de 2016 Agência Nacional de Águas ANA Brasil Conjuntura dos recursos hídricos no Brasil 2013 Agência Nacional de Águas Brasília ANA 2013 Disponível em httparquivosanagovbrinstitucionalsprconjunturaPDFs20agregadosANAConjunturaRecursosHidricosBrasilcapitulospdf Acesso em 24 de março de 2016 BRAGA B HESPANHOL I CONEJO JGL MIERZWA JC BARROS MTL SPENCER M PORTO M NUCCI N JULIANO N EIGER S Introdução à Engenharia Ambiental Desafio do Desenvolvimento Sustentável 2ª Ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2005 MIHELCIC JR ZIMMERMAN JB Engenharia Ambiental Fundamentos Sustentabilidade e Projeto Autores colaboradores Martin T Auer et al tradução Ramira Maria Siqueira da Silva Pires revisão técnica Eduardo Cleto Pires Rio de Janeiro LTC 2012 PINTO NLS HOLTZ ACT MARTINS JA GOMIDE FLS Hidrologia Básica São Paulo Blucher 1976 United Nations Educational Scientific and Cultural Organization UNESCO and World Water Assessment Programme WWAP 2003 WATERFOR People Water for life The United Nations World Water Development Report New York UNESCO Bergahn Books VON SPERLING M Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgoto 2 Ed Belo Horizonte Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental Universidade Federal de Minas Gerais 1996 03012023 1808 aboutblank aboutblank 112 Bacias Hidrográficas Compreender o conceito de Bacia Hidrográfica sua importância e suas características fisiográficas AUTORA PROF ANA CRISTINA ZORATTO AUTORA PROF ANA CARLA DE SOUZA MASSELLI BACIA HIDROGRÁFICA Bacias hidrográficas também chamadas bacias de captação ou de drenagem são áreas delimitadas espacialmente pelos divisores de água constituídas por uma rede de drenagem interligada cujo escoamento converge para uma seção comum denominada de seção de controle ou exutório da bacia MELLO 2013 Ocultar Legenda FIGURA 01 BACIA HIDROGRáFICA A área da bacia é definida pela topografia da superfície A partir dos limites geográficos ocorre a captação da água proveniente da atmosfera precipitação e a drenagem de uma parte que é convertida em escoamento para a seção de controle exutório considerando como perdas intermediárias os volumes evaporados transpirados e infiltrados TUCCI 2015 As bacias se estruturam segundo uma hierarquia que em geral tem o relevo como fator determinante As subbacias são áreas de drenagem dos tributários do curso dágua principal Possuem áreas maiores que 100 km² e menores que 700 km² FAUSTINO 1996 Ocultar 03012023 1808 aboutblank aboutblank 212 Legenda FIGURA 02 REPRESENTAçãO DE UMA BACIA HIDROGRáFICA DIVIDIDA EM SUBBACIAS E DIAGRAMA ESQUEMáTICO DEMOSTRANDO OS PERCURSOS DA áGUA ATé A SAíDA DA BACIA A Lei 943397 define a bacia hidrográfica como a unidade territorial para a implementação da Política de Recursos Hídricos e atuação do Sistema de Gerenciamento de Recursos Hídricos Na bacia hidrográfica a gestão dos recursos hídricos deve se dar de forma integrada descentralizada e participativa considerando as diversidades sociais econômicas e ambientais do País No Brasil existem as regiões hidrológicas em caráter mais amplo as grandes bacias em suas divisões em várias subbacias hidrográficas Ocultar Legenda FIGURA 03 BACIAS HIDROGRáFICAS DO BRASIL PRINCIPAIS PARÂMETROS FISIOGRAFICAS DA BACIA HIDROGRAFICA DIVISORES DE ÁGUA A delimitação da área de captação da Bacia Hidrográfica é realizada através do divisor de águas que pode ser classificado em 03012023 1808 aboutblank aboutblank 312 Divisor Topográfico condicionado pela topografia diz respeito a linha que liga os pontos mais elevados do terreno Delimitando assim a área da qual provém o deflúvio superficial da bacia Divisor Freático ou geológico varia ao longo do ano em função das estações Este divisor estabelece os limites dos reservatórios de água subterrânea de onde é derivado o deflúvio básico da bacia muda de posição com as flutuações do lençol Ocultar Legenda FIGURA 04 DIVISORES DE áGUA DELIMITAÇÃO DA BACIA HIDROGRÁFICA Área de uma bacia hidrográfica pode ser estimada a partir da delimitação dos divisores da bacia em um mapa topográfico Primeiro passo para delinear a bacia hidrográfica bacia de drenagem é definir o ponto no curso dágua onde a bacia começa denominado ponto de saída do escoamento ou exutório O divisor deve ser traçado perpendicular às linhas de contorno quando as linhas de contorno representam uma curva de nível e a respectiva cota topográfica Divisor não corta drenagem exceto no exutório Divisor passa pela região mais elevada da bacia mas não necessariamente pelos pontos mais altos Ocultar 03012023 1808 aboutblank aboutblank 412 Legenda FIGURA DELIMITAçãO DA BACIA HIDROGRáFICA ÁREA DA BACIA Elemento mais importante da bacia hidrográfica corresponde à área projetada no plano projeção horizontal delimitada pelos divisores de água E a base para a quantificação de parâmetros e grandezas fisiográficas e hidrológicas MELLO 2013 Pode ser obtida de forma manual trabalhandose com cartas topográficas IBGE e ferramentas manuais típicas planímetro ou por método automático Modelo Numérico do Terreno MNT USO E OCUPAÇÃO DO SOLO DA BACIA HIDROGRAFICA O desenvolvimento urbano ocasiona a impermeabilização do solo da bacia hidrográfica através pavimentação calçamentos telhados entre outros Dessa forma a parcela de água que deveria infiltra no solo diminui aumentando assim a quantidade de água livre na superfície aumento do escoamento superficial O hidrograma típico de uma bacia natural e aquele resultante da urbanização são apresentados na Figura 05 Ocultar 03012023 1808 aboutblank aboutblank 512 Legenda FIGURA 05 HIDROGRAMA TíPICO DE UMA BACIA NATURAL E AQUELE RESULTANTE DA URBANIZAçãO Importante pela influência que exerce no tempo de concentração O tempo de concentração de uma bacia é o tempo necessário para que ocorra a transformação da precipitação em escoamento superficial direto a COEFICIENTE DE COMPACIDADE KC relação entre o perímetro da bacia e a circunferência perímetro de um círculo de área igual a bacia Onde KC coeficiente de compacidade adimensional ABH área da bacia hidrográfica Km2 PBH perímetro da bacia hidrográfica Km Quanto maior for a semelhança da bacia hidrográfica a um círculo maior será a sua capacidade de proporcionar grandes cheias Ocultar Legenda FIGURA 06 DISTRIBUIçãO DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL DIRETO EM DUAS BACIAS UMA CIRCULAR E OUTRA ELIPSOIDAL Tabela 01 Interpretação para Kc 03012023 1808 aboutblank aboutblank 612 Ocultar Legenda TABELA 01 INTERPRETAçãO PARA KC b FATOR DE FORMA OU ÍNDICE DE GRAVELIUS Kf relação entre a largura média da bacia e o seu comprimento axial linha que liga os extremos do polígono assim construído Onde Kf fator de forma adimensional L largura média da bacia hidrográfica Km Lax comprimento axial da bacia hidrográfica Km Ocultar Legenda FIGURA 07 REPRESENTAçãO GRáFICA DO COMPRIMENTO AXIAL LAX E DAS LARGURAS DO POLíGONO PARA CáLCULO DO FATOR DE FORMA KF b FATOR DE FORMA OU ÍNDICE DE GRAVELIUS Kf relação entre a largura média da bacia e o seu comprimento axial linha que liga os extremos do polígono assim construído 03012023 1808 aboutblank aboutblank 712 Onde Kf fator de forma adimensional L largura média da bacia hidrográfica Km Lax comprimento axial da bacia hidrográfica Km c ÍNDICE DE CONFORMAÇÃO IC relação entre a área da bacia e a de um quadrado de lado igual ao comprimento axial da bacia Também expressa a capacidade da bacia em gerar enchentes Onde IC índice de conformação adimensional ABH área da bacia hidrográfica Km2 Lax comprimento axial da bacia hidrográfica Km SISTEMA OU REDE DE DRENAGEM DA BACIA HIDROGRÁFICA Constituída por um corpo hídrico principal e seus tributários está associada à eficiência de drenagem da bacia Podem ser classificados em Perene contém água durante todo o tempo o lençol subterrâneo mantém uma alimentação contínua Intermitente escoam durante as estações de chuvas e secam nas de estiagem Nas estações chuvosas transportam todos os tipos de deflúvio escoamento superficial e escoamento subterrâneo já que o lençol freático se conserva acima do leito fluvial Efêmeros existem apenas durante ou imediatamente após os períodos de precipitação e só transportam escoamento superficial pois o lençol freático se encontra em um nível inferior ao do leito fluvial Classificação dos rios Método de HORTONSTRAHLER A classificação de Horton modificado por Strahler reflete o grau de ramificação ou bifurcação dentro de uma bacia hidrográfica sendo realizada da seguinte maneira Rios de 1ª Ordem são todos os rios sem afluentes mesmo que correspondam à nascente do rio principal Rios de 2ª Ordem formados pela união de 2 ou mais rios de 1ª Ordem Rios de 3ª Ordem formados pela união de 2 ou mais rios de 2ª Ordem podendo receber afluentes de 2ª e 1ª ordem e assim sucessivamente Ocultar 03012023 1808 aboutblank aboutblank 812 Legenda FIGURA 08 ORDEM DOS CURSOS DáGUA DENSIDADE DE DRENAGEM Dd Relação entre o comprimento total dos rios e a área da bacia hidrográfica Ocultar Legenda Onde Dd densidade de drenagem KmKm2 L comprimento total dos rios Km ABH área da bacia hidrográfica Km2 A classificação em faixas para a densidade de drenagem foi sugerida por Beltrame 1994 Tabela 03 Classificação da Densidade de Drenagem Dd de uma bacia hidrográfica Dd kmkm2 Denominação 050 Baixa 050 200 Mediana 201 350 Alta 350 Muito Alta Ocultar Legenda CLASSIFICAçãO DA DENSIDADE DE DRENAGEM DD DE UMA BACIA HIDROGRáFICA DENSIDADE DA REDE DE DRENAGEM DR Relação entre o número de rios e a área da bacia 03012023 1808 aboutblank aboutblank 912 Onde DR densidade de drenagem adimensional N número de rios ABH área da bacia hidrográfica Km2 Para período de tempo muito grande um ano ou mais admitese que assim EXTENSÃO MÉDIA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL Cm Importante no cálculo do tempo de concentração da bacia hidrográfica Relaciona a densidade de drenagem da bacia hidrográfica com o comprimento médio lateral da rede de drenagem Onde Cm extensão média do escoamento superficial Dd densidade de drenagem Ocultar Legenda FIGURA 09 REPRESENTAçãO DO COMPRIMENTO MéDIO LATERAL DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL NUMA BACIA HIDROGRáFICA SINUOSIDADE DO CURSO DÁGUA PRINCIPAL S Relação entre o comprimento do rio principal é o comprimento do seu talvegue medido em linha reta quanto maior seu valor maior a sinuosidade do rio principal Onde S sinuosidade do curso dágua principal adimensional L comprimento do rio principal Km 03012023 1808 aboutblank aboutblank 1012 Lt comprimento do talvegue Km Ocultar Legenda FIGURA 10 REPRESENTAçãO DO DRENO PRINCIPAL E SEU TALVEGUE DECLIVIDADE DO CURSO DÁGUA PRINCIPAL ÁLVEO Importante para o manejo de bacias hidrográficas influência diretamente na velocidade de escoamento da água no rio principal e consequentemente no tempo de concentração da mesma Dentre os diversos métodos 3 são considerados principais Método Direto Declividade baseada nos extremos S1 obtida através da divisão da diferença total de elevação do leito pela extensão horizontal do curso dágua principal entre esses dois pontos Onde S1 declividade do curso dágua principal mm H1 variação da cota entre os pontos extremos m L comprimento do canal principal talvegue m Área equivalente compensação de área Declividade Ponderada S2 consiste em se traçar um gráfico do perfil longitudinal do curso dágua e definir uma linha tal que a área compreendida entre ela e o eixo das abscissas seja igual à compreendida entre a curva do perfil e a abscissa Calculase a área do triangulo dividindose em áreas menores e calculase a área total Onde S2 declividade do curso dágua principal mm ATR área abaixo do perfil m2 L comprimento em planta do rio m Declividade equivalente ou Média harmônica S3 Considera o tempo de percurso da água ao longo da extensão do perfil longitudinal considerando o perfil com declividade constante igual uma declividade equivalente 03012023 1808 aboutblank aboutblank 1112 Onde S3 declividade do curso dágua principal mm L comprimento total do talvegue m Li comprimento horizontal dos respectivos trechos m Ii declividade em cada um dos trechos m âHi desnível entre as extremidades do trecho i m ATIVIDADE A bacia hidrográfica pode ser considerada como um sistema físico sujeito a entradas eventos de precipitação e saídas de água escoamento e evapotranspiração A equipe de engenharia da empresa Engelex realizou o levantamento das características fisiográficas da bacia do rio Varpinha Tabela abaixo Foram determinados também 6 valores de largura ao longo da bacia iguais a 11 Km 23 Km 13 Km 28 Km 26 Km e 17 Km Com base nos dados os engenheiros calcularam Coeficiente de Compacidade Kc o Fator de Forma kf o Índice de Conformação Ic Densidade de Drenagem Dd e a extensão média do escoamento superficial Cm os resultados obtidos foram de A Kc 000448 Kf 00029 Ic 023 Dd 001 KmKm2 Cm 25 Km B Kc 134 Kf 076 Ic 00054 Dd 10 kmkm2 Cm 025 Km C Kc 134 Kf 070 Ic 054 Dd 10 kmkm2 Cm 025 Km D Kc 034 Kf 046 Ic 054 Dd 110 kmkm2 Cm 0025 Km ATIVIDADE A bacia hidrográfica é a área de captação natural dos fluxos de água originados a partir da precipitação que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída exutório Considere as sentenças a seguir sobre as bacias hidrográficas I O contorno ou divisor de uma bacia hidrográfica é definido pela linha de cumeada pontos de cota máxima entre bacias que faz a divisão das precipitações que caem em bacias vizinhas II O sistema de drenagem de uma bacia é formado pelo rio principal e seus afluentes As características de uma rede de drenagem podem ser descritos pela ordem dos cursos de água densidade de drenagem extensão média do escoamento superficial e sinuosidade do curso de água III Dentre as bacias de mesma área aquelas alongadas são mais susceptíveis a inundações nas suas partes baixas que as arredondadas IV Existem dois divisores de água na bacia hidrográfica o divisor topográfico condicionado pela topografia e o divisor freático determinado pela estrutura geológica que estabelece os limites dos reservatórios de água subterrânea V Altura pluviométrica e área de drenagem são características fisiográficas da bacia Estão corretas apenas as sentenças A III e IV apenas B I II e IV apenas C I II e V apenas D I II e IV E I II III IV e V ATIVIDADE O estudo das caracteristicas fisiograficas da Bacia do rio Guarantã realizado pela equipe de engenharia da empresa Engelex produziram os resultados representados na Tabela abaixo 03012023 1808 aboutblank aboutblank 1212 Com base nestes elementos os engenheiros calcularam o coeficiente de compacidade e o fator de forma da Bacia Assinale a alternativa correta A 162 e 011 B 162 e 000000011 C 16200 e 011 D 000162 e 011 E 011 e 162 REFERÊNCIA BELTRAME A V Diagnóstico Do Meio Ambiente Físico De Bacias Hidrográficas Modelo De Aplicação Florianópolis UFSC 1994 112 p FAUSTINO J Planificación y Gestión de manejo de cuencas turrialba catiep90 1996 Maidment DR GIS and hydrologic modeling In Goodchild MF Parks BOSteyaert LT ed Environmental modeling with GIS New York Oxford University Press 1993 MELLO CR SILVA AM Hidrologia princípios e aplicações em sistemas agrícolas Lavras Ed UFLA 2013 455p ISBN 9788581280296 STRAHLER A N Hypsometric areaaltitude analysis of erosional topography Geological Society of America Bulletin v 63 n 11 p 11171142 1952 httpdxdoiorg10113000167606 1952631117HAAOET 20CO2 VILLELA SM MATTOS A Hidrologia aplicada São Paulo McGrawHill do Brasil 1975 245p TUCCI CEM INUNDAÇÕES URBANAS Disponível em http4ccrpgrmpfmpbrinstitucionalgruposdetrabalhoencerradosresiduosdocumentos diversosoutrosdocumentostecnicoscursogestaodoterrimorioemanejointegradodasaguasurbanasdrenagem1PDF Acesso 30 de março de 2015 Maidment DR GIS and hydrologic modeling In Goodchild MF Parks BOSteyaert LT ed Environmental modeling with GIS New York Oxford University Press 1993 MELLO CR SILVA AM Hidrologia princípios e aplicações em sistemas agrícolas Lavras Ed UFLA 2013 455p ISBN 9788581280296 STRAHLER A N Hypsometric areaaltitude analysis of erosional topography Geological Society of America Bulletin v 63 n 11 p 11171142 1952 httpdxdoiorg10113000167606 1952631117HAAOET 20CO2 VILLELA SM MATTOS A Hidrologia aplicada São Paulo McGrawHill do Brasil 1975 245p TUCCI CEM INUNDAÇÕES URBANAS Disponível em http4ccrpgrmpfmpbrinstitucionalgruposdetrabalhoencerradosresiduosdocumentos diversosoutrosdocumentostecnicoscursogestaodoterrimorioemanejointegradodasaguasurbanasdrenagem1PDF Acesso 30 de março de 2015 03012023 1810 aboutblank aboutblank 18 Precipitação Compreender o conceito de precipitação e suas principais características AUTORA PROF ANA CRISTINA ZORATTO AUTORA PROF ANA CARLA DE SOUZA MASSELLI PRECIPITAÇÃO A precipitação é toda água proveniente da atmosfera que em função das condições termodinâmicas desta precipita constituindo o principal componente de entrada da fase terrestre do ciclo hidrológico FORMAS DE PRECIPITAÇÃO Chuva principal forma de precipitação em regiões tropicais e subtropicais A precipitação atinge a superfície da Terra na forma líquida gerando uma das principais interações da hidrologia chuva infiltração escoamento Granizo partículas irregulares de gelo com tamanho mínimo de 5 mm Ocorre através do congelamento rápido das gotículas ascensão atmosférica do vapor Neve flocos de gelo com formatos normalmente hexagonais formados em nuvens muito frias abaixo de 0ºC Orvalho condensação e precipitação da água contida na atmosfera na forma de vapor sobre superfícies frias Geada deposição de cristais de gelo fenômeno semelhante ao orvalho porém ocorre quando a temperatura é inferior a 0ºC Ocultar Legenda FIGURA 01 FORMAS DE PRECIPITAçãO MECANISMO DE FORMAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES A camada de ar que envolve a Terra atmosfera é constituída por uma mistura complexa de gases que variam em função do tempo da geografia altitude e estações do ano O vapor dágua presente na atmosfera originase em sua maior parte da evaporação dos oceanos lagos lagoas reservatórios rios e solos unidos e da transpiração da vegetação A umidade atmosférica a presença de núcleos higroscópicos gelo poeira e outras partículas e o mecanismos de resfriamento do ar ascensão do ar úmido são requisitos importantes para que haja a condensação do vapor dágua e o crescimento das gotas 03012023 1810 aboutblank aboutblank 28 O vapor dágua condensa formando minúsculas gotas em volta dos núcleos higroscópicos permanecendo em suspensão até adquirirem tamanho suficiente para vencer as forças de ascensão e então retornar a superfície da Terra em forma de precipitação PRINCIPAIS PROCESSOS DE CRESCIMENTO DE GOTAS Colisãocoalescência aumento ocorre através da colisão com outras gotas durante a queda gotas maiores entram em contato com gotas menores incorporandoas e por ação da resistência do ar acabam partindose liberando gotas menores Difusão do vapor o ar mesmo após atingir o nível de condensação continua evoluindo e difundindo o vapor supersaturado e sua consequente condenação em torno das gotículas as quais aumentam seu tamanho MELLO e SILVA 2013 As nuvens são formadas por gotículas com tamanhos que variam de 001 a 003 mm de diâmetro enquanto as gotas de chuva variam de 05 a 20 mm podendo atingir valores de até 5 mm TIPOS DE PRECIPITAÇÃO As precipitações são classificadas de acordo com o fator responsável pela ascensão da massa de ar Frontais ou ciclônicas interação de massas de ar quentes e frias O ar quente e úmido é impulsionado para cima nas regiões de convergência atmosférica resultando no seu resfriamento e na condensação do vapor dágua Chuvas de longa duração em grandes áreas com média intensidade podem ocasionar cheias em grandes bacias hidrográficas Ocultar Legenda FIGURA 02 CHUVA FRONTAL OU CICLôNICA Orográficas ventos quentes e úmidos soprando do oceano para o continente quando encontram um grande obstáculo do relevo como uma barreira montanhosa cordilheira ou serra muito alta elevamse em maiores altitudes a umidade do ar resfriase ocorrendo a condensação do vapor formando nuvens e as chuvas Chuvas orográficas são caracterizadas por pequena intensidade longo duração em pequenas áreas Ocultar 03012023 1810 aboutblank aboutblank 38 Legenda FIGURA 03 CHUVA OROGRáFICA Convectivas causada pelo aquecimento diferenciado da superfície terrestre o que provoca diferentes aquecimentos das camadas atmosféricas ocasionando estratificação térmica instável qualquer modificação rompe o equilíbrio provocando ascensão brusca do ar atingindo assim grandes altitudes São caracterizadas por chuvas de grande intensidade e de duração relativamente curta restritas a pequenas áreas Na maioria das vezes problemas de inundações em áreas urbanas estão muitas vezes relacionados às chuvas convectivas Ocultar Legenda FIGURA 04 CHUVA CONVECTIVA INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO A precipitação em forma é medida por Pluviômetros consiste em um recipiente coletor com medidas padronizadas O Ville de Paris é o modelo mais usado no Brasil possui forma cilíndrica com uma área superior horizontal de captação da chuva de 400 cm2 de modo que um volume de 40 ml de água acumulado no pluviômetro corresponda a 1 mm de chuva O dispositivo 03012023 1810 aboutblank aboutblank 48 deve ser instalado a uma altura padrão de 150 m do solo e a uma certa distância de obstáculos que possam interferir no volume de água captado Ocultar Legenda FIGURA 05 CARACTERíSTICAS DE UM PLUVIôMETRO Medições pluviométricas diária em horários préestabelecidos normalmente 0700h Não indicam intensidade da chuva ao longo das horas somente altura média durante o período de 24 horas Pluviógrafo para superar as limitações dos pluviômetros são usados pluviógrafos que registram analogicamente ou digitalmente a precipitação ao longo do dia Mecanismo de relojoaria faz com que cilindro com papel graduado se movimento ao longo do tempo registrando a movimentação da pena que traça a curva que permite determinar altura pluviométrica mm ao longo do dia Ocultar 03012023 1810 aboutblank aboutblank 58 Legenda FIGURA 06 PLUVIóGRAFO Nos aparelhos de registro analógico existe um mecanismo que registra graficamente a chuva acumulada nas ordenadas contra o tempo nas abscissas conforme pode ser observado no pluviograma Ocultar Legenda FIGURA 07 PLUVIOGRAMA Radar meteorológico Radar de Doppler mede a direção e a velocidade de um objeto em movimento como gotas de precipitação determinando se o movimento atmosférico se distancia ou se aproxima horizontalmente do radar 03012023 1810 aboutblank aboutblank 68 Ocultar Legenda FIGURA RADAR METEOROLóGICO MEDIDA DAS PRECIPITAÇÕES As precipitações são caracterizadas pelas seguintes variáveis Altura pluviométrica ou altura de precipitação h quantidade de água precipitada altura da lâmina de água por unidade de área horizontal mm ou cm h 1 L de água de chuva 1 m2 de terreno 1 mm de chuva Duração t intervalo de tempo decorrido do início até o término da precipitação horas ou minutos Intensidade I é a precipitação por unidade de tempo apresenta variabilidade temporal mmh ou mmmin TUCCI e SILVEIRA et al 2015 Frequência número de ocorrências de uma determinada precipitação no decorrer de um intervalo de tempo fixo para aplicação em engenharia a frequência teórica é expressa em termos de tempo de recorrência ou período de retorno GARCEZ e ALVAREZ 1988 Hietograma São gráficos que indicam a altura pluviométrica em mm ou a intensidade média em mmh obtida em intervalo parcial O método dos Blocos Alternados é de simples aplicação se comparado a outros métodos de determinação da chuva de projeto Ocultar 03012023 1810 aboutblank aboutblank 78 Legenda FIGURA 08 HIETOGRAMA MéTODO DOS BLOCOS ALTERNADOS VARIABILIZADADE ESPACIAL E SAZONAL DA CHUVA A chuva caracterizase por grande variabilidade espacial ou seja sua distribuição não ocorre de maneira uniforme sobre a bacia hidrográfica A variabilidade espacial da chuva pode ser representada para um ano inteiro de dados ou para a precipitação média anual ao longo de um período de 30 anos por linhas de mesma precipitação isoietas desenhadas sobre um mapa Existem regiões com grande variabilidade sazonal da chuvacom estações do ano muito secas ou muito úmidas Na maior parte do Brasil o verão é o período das maiores chuvas enquanto o inverno é caracterizado por um período com poucas precipitações Postos PLUVIOMÉTRICOS o objetivo de um posto pluviométrico é obter uma série ininterrupta de precipitações ao longo dos anos ou permitir o estudo da variação das intensidades de chuva ao longo das tormentas No banco de dados da ANA wwwhidrowebanagovbr estão cadastradas 14189 estações pluviométricas de diversas entidades mas apenas 8760 estão em atividade atualmente PRECIPITAÇÃO MÉDIA SOBRE A BACIA HIDROGRÁFICA Segundo Tucci e Silveira 2015 precipitação média é uma lâmina de água de altura uniforme sobre toda a área considerada associada a um determinado período de tempo Os métodos de cálculo de precipitação média em uma bacia são Método da média aritmética Método de Thiessen Método das isoietas ATIVIDADE Precipitação é toda água proveniente do meio atmosférico que atinge a superfície terrestre a determinação da sua intensidade é importante para o controle de inundações TUCCI 2015 Sobre precipitação é correto afirmar EXCETO A Chuvas ciclônicas ou frontais interação de massas de ar quente e frias caracterizadas por apresentarem média intensidade e longa duração B Chuvas convectivas caracterizadas por apresentarem grande intensidade e pequena duração C Chuvas orográficas ocorrem em virtude dos ventos umidos soprados geralmente dos oceanos para o continente encontram a presença de obstáculos montanhas por exemplo elevamse e se resfriam formando as chuvas D Chuvas convectivas são caracterizadas por serem de baixa intensidade e curta duração E Chuvas orográficas são caracterizadas por apresentarem pequena intensidade e de grande duração ATIVIDADE A precipitação constituise no principal componente de entrada do ciclo hidrológico A formação das nuvens de chuva está em geral associada ao movimento ascendente de massas de ar úmido A causa da ascensão do ar úmido é considerada para diferenciar os principais tipos de chuva Com base na Figura abaixo indique a alternativa correta dos tipos de chuva I II e III respetivamente 03012023 1810 aboutblank aboutblank 88 A I Chuvas convectivas ocorrem pela presença de obstáculos montanhas por exemplo II Chuvas frontais ou convectivas ocorrem quando se encontram duas grandes massas de ar de diferente temperatura quente e fria III Chuva orográfica ocorrem da ascensão local de ar menos denso que atinge nível de condensação com formação de nuvens B I Chuvas frontais ou ciclônicas provêm da interação de massas de ar de diferente temperatura II Chuvas convectivas ocorrem pelo aquecimento do ar na vizinhança do solo formase uma brusca ascensão de ar menos denso que atingirá nivel de condensação III Chuvas orográficas ocorrem pela presença de obstáculos montanhas por exemplo C I Chuvas orográficas ocorrem pela presença de obstáculos montanhas por exemplo II Chuvas frontais ou ciclônicas ocorrem pelo aquecimento do ar na vizinhança do solo formase uma brusca ascensão de ar menos denso que atingirá nivel de condensação III Chuvas convectivas provêm da interação de massas de ar de diferente temperatura D I Chuvas frontais ou ciclônicas ocorrem pela presença de obstáculos montanhas por exemplo II Chuvas orográficas provêm da interação de massas de ar de diferente temperatura II Chuvas convectivas ocorrem pelo aquecimento do ar na vizinhança do solo formase uma brusca ascensão de ar menos denso que atingirá nivel de condensação III Chuvas convectivas ocorrem pelo aquecimento do ar na vizinhança do solo formase uma brusca ascensão de ar menos denso que atingirá nivel de condensação E I Chuvas frontais ou ciclônicas provêm da interação de massas de ar de diferente temperatura II Chuvas convectivas ocorrem pelo aquecimento do ar na vizinhança do solo formase uma brusca ascensão de ar menos denso que atingirá nivel de condensação III Chuvas orográficas ocorrem pela presença de obstáculos montanhas por exemplo ATIVIDADE O pluviógrafo e pluviômetro são equipamentos utilizados para medir a quantidade de precipitação pluvial chuva em milímetros mm em uma determinada área Considere as sentenças a seguir sobre os intrumentos meteorológicos I Ao realizar a medição da precipitação por meio de pluviômetros obtémse apenas o valor totalizado da precipitação no intervalo entre medições usualmente 24 h enquanto que a utilização de pluviógrafos permite determinar intensidades de precipitação para pequenos intervalos de tempo IIChuva é medida utilizando instrumentos chamados pluviômetros que nada mais são do que recipientes para coletar a água precipitada com dimensões padronizadas IIIA principal desvantagem do pluviógrafo sobre o pluviômetro é que não permite analisar detalhadamente os eventos de chuva e sua variação ao longo do dia IV A medição de chuva por radar está baseada na emissão de pulsos de radiação eletromagnética que são refletidos pelas partículas de chuva na atmosfera e na medição do da intensidade do sinal refletido V Isoietas são curvas de mesma precipitação para um determinado período ou evento pré estabelecido Assinale a alternativa correta A III apenas B I e II apenas C I II IV e V D I II III e V E I II III IV e V REFERÊNCIA GARCEZ LN LAVAREZ GC Hidrologia 2 Ed Ver E atual São Paulo Blucher 1988 MELLO CR SILVA AM Hidrologia princípios e aplicações em sistemas agrícolas Lavras Ed UFLA 2013 455p ISBN 9788581280296 RIGHETTO A M Hidrologia e Recursos Hídricos EESCUSP 1998 398p WILKEN PS Engenharia de Drenagem Superficial CETESB São Paulo 1978 276p 03012023 1810 aboutblank aboutblank 16 Precipitação média sobre a bacia Thiessen e Isoietas Precipitação média sobre a bacia Thiessen e Isoietas Chuva de Projeto Equações de chuvas intensas Equações IDF AUTORA PROF ANA CRISTINA ZORATTO AUTORA PROF ANA CARLA DE SOUZA MASSELLI PRECIPITAÇÃO MÉDIA SOBRE A BACIA HIDROGRÁFICA Segundo Tucci e Silveira 2015 precipitação média é uma lâmina de água de altura uniforme sobre toda a área considerada associada a um determinado período de tempo Os métodos de cálculo de precipitação média em uma bacia são Média Aritmética aplicável em regiões com boa distribuição de postos pluviométrico relevo da bacia hidrográfica plano ou suave e regime de chuva uniforme A American Society of Civil Engineers ASCE recomenda o uso deste método para bacias menores que 5000 km2 Pm precipitação média mm Pi soma das alturas de precipitação registradas nos postos pluviométricos da bacia hidrográfica mm n número de postos pluviométricos Polígonos de Thiessen considera a distribuição espacial dos postos sendo a média obtida pela ponderação do valor da precipitação de um posto Pi pela sua área de influência Ai O método é desenvolvido da seguinte forma Objeto disponível na plataforma Informação Polígonos de Thiessen Etapas para a determinação dos Polígonos de Thiessen1 Delimitação da bacia hidrográfica e identificação dos postos de monitoramento2 Postos adjacentes devem ser unidos por linhas retas3 Traçamse perpendiculares a essas linhas a partir das distâncias médias entre os postos e obtêmse polígonos limitados pela área da bacia4 A área de cada polígono é o peso que se dará à precipitação registrada Ocultar 03012023 1810 aboutblank aboutblank 26 Legenda FIGURA 01 MéTODO DE THIESSEN Ai área de influência Pi precipitação de um posto mm A área total da bacia hidrográfica Métodos das isoietas isoietas são curvas que unem pontos de mesma altura pluviométricas O traçado dessas curvas é extremamente simples semelhante ao traçado de curvas de nível onde a altura de chuva substitui a cota do terreno O método é desenvolvido da seguinte maneira Objeto disponível na plataforma Informação Métodos das isoietas Etapas para a determinação das isoietas1 Delimitação da bacia hidrográfica e identificação dos postos de monitoramento2 Primeiro traçase linhas que unem os postos pluviométricos mais próximos entre si3 Dividir as linhas escrevendo os valores da precipitação interpolados4 Traçar as isoietas Pelo método das isoietas a precipitação média sobre uma área é calculada multiplicandose a precipitação média entre isoietas normalmente fazendose a média dos valores de duas isoietas pela área entre as isoietas totalizandose esse produto e dividindose pela área total ou seja Pm precipitação média da bacia hidrográfica mm Ai área entre cada par de isoietas Pi precipitação média entre as isoietas mm A área total da bacia hidrográfica PERÍODO DE RETORNO OU TEMPO DE RECORRENCIA T 03012023 1810 aboutblank aboutblank 36 Período de tempo médio que um determinado evento hidrológico é igualado ou excedido em um ano qualquer Parâmetro fundamental para projetos de obras hidráulicas como reservatórios canais vertedores bueiros e galerias pluviais RIGHETTO 1998 Ao determinar que uma obra será projetada para uma vazão com período de retorno T anos automaticamente decidese o grau de proteção conferido a população Níveis altos de segurança implicam em custos elevados e grande interferência no ambiente urbano por esses motivos para a determinação do período de retorno T os critérios políticos sociais econômicos e os fatores hidrológicos devem ser considerados A escolha do Período de Retorno para projeto de uma determinada obra de drenagem é realizada em função do tipo e da importância da mesma para a população que irá utilizála em função da sua localização e do seu entorno Alguns fatores como densidade populacional da região volume e trafego do sistema viário local proximidade de equipamentos públicos ou comunitários como escolas hospitais estações ferroviárias ou de metrô tipo e porte da obra e recursos financeiros envolvidos A escolha do Período de Retorno para projetos de drenagem e determinados tipos de obras de intervenções no município de São Paulo é baseada nos valores apresentados na Tabela abaixo Objeto disponível na plataforma Informação Matriz de aplicabilidade de projetos Tempo de Retorno Apresentar os valores de T utilizados pela prefeitura de são paulo TABELA 01 MATRIZ DE APLICABILIDADE DE PROJETOS TEMPO DE RETORNO Tabela 02 Períodos de retorno para diferentes ocupações da área Fonte DPH01 1999 RISCO Risco é a probabilidade de uma determinada obra vir a falhar pelo menos uma vez durante sua vida útil ou seja P probabilidade T período de retorno ano Segundo Righetto 1998 a probabilidade de ocorrência de um evento que ponha em risco a obra e todo o sistema fluvial a jusante de uma barragem ao longo de um período de n anos de utilização vida útil é definida como risco R é expressa por R risco de ocorrência de um evento T período de retorno ano n vida útil da obra ano Tabela 03 Risco em função da vida útil e do período de retorno 03012023 1810 aboutblank aboutblank 46 PRECIPITAÇÕES MÁXIMAS A caracterização da precipitação constitui importante ferramenta de apoio para realização de obras hidráulicas planejamento e gestão dos recursos hídricos A precipitação máxima é considerada como a ocorrência extrema com duração distribuição temporal e especial acima do verificado normalmente para uma bacia hidrográfica As curvas de intensidade duração frequência retratam as precipitações máximas Objeto disponível na plataforma Informação Curva IDF em função do período T anos SÃO PAULO CURVAS IDF EM FUNÇÃO DO PERÍODO T ANOS FIGURA SãO PAULO CURVAS IDF EM FUNçãO DO PERíODO T ANOS EQUAÇÃO DE CHUVAS INTENSAS Onde i intensidade mmh Tr tempo de retorno anos t duração da chuva mim a b c e d são parâmetros determinados em cada local Tabela 04 Parâmetros de equações de intensidade duração frequência TUCCI et al 1995 Localidade a b c d São Paulo 34627 0172 22 1025 Curitiba 12390 0150 20 0740 Rio de Janeiro 59492 0217 26 1150 Belo Horizonte 14879 0100 20 0840 EQUAÇÃO DE CHUVAS INTENSA MUNICIPIO DE SÃO PAULO WILKEN 1978 Onde i intensidade mmh Tr tempo de retorno anos t duração da chuva mim Precipitações intensas no estado de São Paulo Alguns municípios do Estado de São Paulo possuem equações tipo lnln para determinação da intensidade i DAEE 2014 03012023 1810 aboutblank aboutblank 56 Equação de precipitações intensas para São Paulo Wilken 1972 Onde i intensidade da chuva correspondente à duração t e período de retorno T mmmin t duração da chuva min T período de retorno anos ATIVIDADE A precipitação média numa bacia hidrográfica é considerada como a altura de água uniforme interceptada por essa área num período de tempo anual mensal ou diária Existem vários métodos para o cálculo da precipitação média mas os principais são o método da média Aritmética o método de Thiessen e método das Isoietas O método das isoietas consiste em traçadas as isoietas ou curvas que unem pontos de igual precipitação Para a realização de uma obra hidráulica a equipe de engenharia traçou as isoietas da bacia hidrográfica do Rio Azul Figura abaixo com base na figura e na área entre as isoietas os engenheiros determinaram a precipitação média na bacia Assinale a alternativa correta A 7935 mm B 8357 mm C 101618 mm D 11155 mm E 9935 mm ATIVIDADE Método de Thiessen trabalha com a distribuição espacial dos postos sendo a média obtida pela ponderação do valor da precipitação de um posto pela sua área de influência 03012023 1810 aboutblank aboutblank 66 Assinale a alternativa que parsenta a precipitação média correta A 641766 mm B 10885 mm C 7585 mm D 75320 mm E 640000 mm ATIVIDADE A chuva intensa é todo evento de chva cuja a lamina supere um valor mínimo que é em função do tempo de duração da chuva MELLO 2013 Dado o período de retorno de 20 anos e o tempo de concentração de 22 minutos Assinale a alternativa que indica a intensidade da chuva na bacia hidrográfica situada na região metropolitana de São Paulo A 35892 ls ha B 032 lsha C 0032 lsha D 33318 ls ha E 321 lsha REFERÊNCIA DAEE Departamento de Águas e Energia Elétrica Precipitações intensas no estado de São Paulo 2014 Disponível em httpsdrivegooglecomfiled0B4t5iKKyDAByeG1zZlgzRE81b28editpli1 Acesso em 27 de março de 2016 GARCEZ LN LAVAREZ GC Hidrologia 2 Ed Ver E atual São Paulo Blucher 1988 MELLO CR SILVA AM Hidrologia princípios e aplicações em sistemas agrícolas Lavras Ed UFLA 2013 455p ISBN 9788581280296 RIGHETTO A M Hidrologia e Recursos Hídricos EESCUSP 1998 398p WILKEN PS Engenharia de Drenagem Superficial CETESB São Paulo 1978 276p 03012023 1811 aboutblank aboutblank 19 Infiltração Definição Grandezas características e fatores intervenientes climáticos e fisiográficos Métodos de avaliação Conceito de infiltração suas grandezas características os fatores que intervêm na sua capacidade de infiltração Método de Horton e Método de Soil Conservation Service SCS AUTORA PROF ANA CRISTINA ZORATTO AUTORA PROF ANA CARLA DE SOUZA MASSELLI INFILTRAÇÃO A passagem de água da superfície para o interior do solo IMPORTÂNCIA Crescimento da vegetação Recarga dos aquíferos Armazenamento de água para manter fluxo de água nos rios durante as estiagens Redução do escoamento superficial responsável pelos processos de erosão e inundações Ocultar Legenda FIGURA 01 INFILTRAçãO Ocultar 03012023 1811 aboutblank aboutblank 29 Legenda FIGURA 02 PERFIL DE UMIDADE DO SOLO DURANTE A INFILTRAçãO FASES DA INFILTRAÇÃO Fase de intercâmbio a água está próxima a superfície do solo podendo retornar à atmosfera pela ação da evaporação ou pela transpiração da vegetação Fase de descida deslocamento vertical da água ocasionado pelo seu próprio peso Fase de circulação o acúmulo de água no solo constitui os lençóis subterrâneos que se movimentam por ação da gravidade GRANDEZAS CARACTERISTICAS Capacidade de infiltração potencial que o solo tem de absorver água através da sua superfície horizontal em condições preestabelecidas em um determinado intervalo de tempo pode ser medida como altura de água que se infiltrou mmhora mmdia Porosidade relação entre volume de vazios do solo e seu volume total Velocidade de infiltração velocidade média de escoamento de água através do solo saturado ms mdia m3m2dia ou mms Coeficiente de permeabilidade velocidade de infiltração da água em solo saturado com perda de carga unitária varia conforme a temperatura alteração da viscosidade mdia ou m3m2dia Retenção específica quantidade de água retida no solo por adesão ou capilaridade após drenagem natural do volume do solo Nível estático nível piezométrico de um lençol subterrâneo em um determinado ponto em determinado instante sem a ação de obras de aproveitamento Nível dinâmico nível em um ponto em um determinado instante decorrente de obras de aproveitamento FATORES INTERVENIENTES Principais fatores que influem capacidade de infiltração são Tipo de solo a porosidade e o tamanho das partículas do solo influenciam diretamente na capacidade de infiltração Umidade do solo corresponde à ocupação parcial ou total dos poros do solo pela água quanto mais o solo estiver saturado menor a sua capacidade de infiltração Topografia as declividades favorecem o escoamento superficial direto diminui a infiltração e as depressões diminuem o escoamento superficial direto provoca a retenção da água aumentando assim a infiltração Temperatura quanto maior a temperatura maior a infiltração de água no solo devido a viscosidade da água Cobertura vegetal densa dificulta o escoamento superficial da água favorecendo assim a capacidade de infiltração Presença de ar ar retidos nos vazios do solo comprimido pela água retarda temporariamente a infiltração DETEMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO INFILTRÔMETRO DE INUNDAÇÃO Constituído de dois anéis concêntricos de chapa metálica medindo 40 a 16 cm de diâmetro que são colocados no solo com profundidade de 10 a 15 cm aplicando água em ambos os cilindros mantendo altura de lâmina de água de 1 a 5 cm A medição da capacidade de infiltração é feita no anel interno em intervalos de tempo determinado Os dados coletados são empregados na seguinte equação V volume infiltrado durante tempo cm3t a área do cilindro interno cm2 03012023 1811 aboutblank aboutblank 39 h altura de água infiltrada cm Para calcular a capacidade de infiltração f capacidade de infiltração mmh Ocultar Legenda FIGURA 03 INFILTRôMETRO DE ANEL INFILTRÔMETRO COM APLICAÇÃO DE ÁGUA POR ASPERSÃO SIMULADOR DE CHUVA Equipamento no qual a água é aplicada por aspersão com intensidade de precipitação superior à capacidade de infiltração do solo em determinada área 010 a 40 m² Mede o escoamento superficial originada pela aplicação de uma chuva com intensidade superior à capacidade de infiltração do solo A taxa de infiltração é obtida pela diferença entre a intensidade de precipitação e a taxa de escoamento resultante Ocultar 03012023 1811 aboutblank aboutblank 49 Legenda FIGURA 04 INFILTRôMETRO DE ASPERSãO ROTATIVO MÉTODOS DE AVALIAÇÃO Os métodos para quantificar a infiltração do solo são MÉTODO DE HORTON A infiltração pode ser representada pela equação de Horton utilizada para quantidade de água disponível ao solo é superior à taxa de infiltração fo taxa de infiltração no instante inicial mmh fc taxa de infiltração constante f taxa de infiltração no tempo t mmh k constante que depende do tipo de solo t intervalo de tempo h Integrando a equação temse F quantidade infiltrada mm Ocultar Ocultar 03012023 1811 aboutblank aboutblank 59 Legenda FIGURA CAPACIDADE DE INFILTRAçãO INICIAL E FINAL E CONSTANTE DA CURVA MÉTODO DO SOIL CONSERVATION SERVICE SCS Desenvolvido pelo Departamento de Agricultura dos Estados Unidos aplicado especialmente quando não se dispõem de dados hidrológicos Método adaptado para as condições do Estado de São Paulo Boletim Técnico DAEE V2 N02 maioagosto 1979 Q escoamento superficial direto mm P precipitação mm S retenção potencial do solo mm depende do tipo de solo e determinado por tabelas 02 S estimativa das perdas iniciais interceptação e retenção P 02S Alteração da variável CN número de curva CN depende dos seguintes fatores Tipo de solo Condições de umidade antecedente do solo Ocupação do solo CN Índice entre 0 a 100 0 bacia com condutividade hidráulica infinita 03012023 1811 aboutblank aboutblank 69 100 bacia totalmente impermeável TIPO DE SOLO O Método adaptado para o Estado de São Paulo classifica os solos conforme descrito na Tabela abaixo Tabela 01 Grupos e características do solo Ocultar Grupo de solo Características do solo A Solos arenosos com baixo teor de argila total inferior a 8 não havendo rocha nem camadas argilosas e nem mesmo desinficadas até a profundidade de 15m O teor de húmus é muito baixo não atingindo 1 Porto 1979 e 1995 Solos que produzem baixo escoamento superficial e alta infiltração Solos arenosos profundos com poucos silte e argia Tucci et al 1993 B 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 esse limite pode subir a 20 graças à 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 a camada mais densificada que a camada superficial Porto 1979 e 1995 Solos menos permeáveis do que o anterior solos arenosos menos profundos do que o tipo A e com permeabilidade superior à média Tucci et al 1993 C Solos barrentos com teor total de argila de 20 a 30 mas sem camadas argilosas impermeáveis ou contendo pedras até profundidade de 12m No caso de terras roxas esses dois limites máximos podem ser de 40 e 15m Notase a cerca de 60m de profundidade camada mais densificada que no Grupo B mas ainda longe das condições de impermeabilidade Porto 1979 e 1995 Solos que geram escoamento superficial acima da média e com capacidade de infiltração abaixo da média contendo percentagem considerável de argila e pouco profundo Tucci et al 1993 D Solos argilosos 30 a 40 de argila total e ainda com camada densificada a uns 50cm de profundidade Ou solos arrenosos como do Grupo B mas com camada argilosa quase impermeável ou horizonte de seixos rolados Porto 1979 e 1995 Solos contendo argilas expansivas e pouco profundos com baixa capacidade de infiltração gerando a maior proporção de escoamento superficial Tucci et al 1993 CONDIÇÕES DE UMIDADE ANTECEDENTE DO SOLO O método do SCS determina três condições de umidade antecedente do solo CONDIÇÃO I solos secos chuvas nos últimos 5 dias que não ultrapassam 15 mm CONDIÇÃO II situação intermediária na época das cheias as chuvas nos últimos 5 dias totalizaram entre 15 e 40 mm CONDIÇÃO III solo úmido próximo da saturação chuvas nos últimos 5 dias foram superiores a 40 mm e as condições meteorológicas são desfavoráveis a altas taxas de evaporação Tabela 02 Valores de CN para bacias urbanas e suburbanas Ocultar Utilização ou cobertura do solo Grupo de solos A B C D Zonas cultivadas sem conservação do solo 72 81 88 91 Zonas cultivadas com conservação do solo 62 71 78 81 Pastagens ou terrenos em más condições 68 79 86 89 Baldios em boas condições 39 61 74 80 Prado em boas condições 30 58 71 78 Bosques ou zonas com cobertura ruim 45 66 77 83 Floresta cobertura boa 25 55 70 77 Espaços abertos relvados parques campos de golfe cemitérios boas condições 39 61 74 80 03012023 1811 aboutblank aboutblank 79 Com relva em mais de 75 da área 49 69 79 84 Com relva de 50 a 75 da área 89 92 94 95 Zonas comerciais e de escritórios 81 88 91 93 Zonas industriais Zonas residênciais Lotes de m² média impermeável 500 65 77 85 90 92 1000 38 61 75 83 87 1300 30 57 72 81 86 2000 25 54 70 80 85 4000 20 51 68 79 84 Parques de estacionamentos telhados viadutos etc 98 98 98 98 Arruamentos e estradas Asfaltadas e com drenagem de águas pluviais 98 98 98 98 Paralelepípedos 76 85 89 91 Terra 72 82 87 89 Segundo McCuen 1998 conhecendo o CN para a condição II de saturação da tabela anterior encontrase o CN para as condições I e III de saturação Tabela 03 Tabela 03 Ajustamento do número CN da condição normal II para a condição para solo seco I e para solo úmido II Ocultar Condição normal II do número CN Número CN correspondente para a devida Condição Condição I Condição III 100 100 100 95 87 99 90 78 98 85 70 97 80 63 94 75 57 91 70 51 87 65 45 83 60 40 79 55 35 75 50 31 70 45 27 65 40 23 60 35 19 55 30 15 50 25 12 45 20 9 39 15 7 33 10 4 26 5 2 17 0 0 0 Bacia com diversos tipos de solos e de ocupação deve ser adotado o valor de CN obtido pela média ponderada dos diversos CNs correspondentes as áreas homogeneas 03012023 1811 aboutblank aboutblank 89 CN médio ATIVIDADE Assinale a alternativa que representa o CN médio de uma bacia com área de drenagem de 4 Km2 sendo 20 Km2 de solo B e 2 Km2 de solo C com a seguinte distribuição Solo B 04 Km2 ruas pavimentadas CN 98 12 Km2 área comercial CN 92 04 Km2 uso residencial lotes de 500 m2 CN 85 Solo C 05 Km2 parques jardins em boas condições CN 74 06 Km2 área preservada CN 73 09 Km2 uso residencial lotes de 1000 m2 CN 83 A CN 12625 B CN 8478 C CN 100 D CN 11440 E CN 16956 ATIVIDADE Em uma bacia hidrográfica com predominância de tipo de solo A ocorreu a seguinte chuva determinada na Tabela abaixo A parcela de infiltração nos tempos T1 T2 e T3 foi determinada pelo Método de Horton sabendo que fc 25 mmh fo 250 mmh e K 2 Assinale a alternativa correta que determina a quantidade infiltrada no T1 T2 e T3 respectivamente A 4 mm 11 mm 25 mm B 12828 mm 3816 mm 2678 mm C 11828 mm 2716 mm 278 mm D 0 mm 1218 mm 16044 mm E 65 mm 1400 mm 1200 mm ATIVIDADE As grandezes características da infiltração está relacionada com as seguintes afirmações I Capacidade de infiltração ou seja a quantidade máxima de água que um solo é capaz de absorver II Velocidade média com que a água atravessa um solo III Grau de umidade do solo IV Efeitos da precipitação V Cobertura vegetal da bacia hidrográfica Assinale a alternativa correta A I apenas B II e III apenas C I e II apenas 03012023 1811 aboutblank aboutblank 99 D II III IV e V REFERÊNCIA MELLO CR SILVA AM Hidrologia princípios e aplicações em sistemas agrícolas Lavras Ed UFLA 2013 455p ISBN 9788581280296 TUCCI CEM Hidrologia Aplicada Ciências e Aplicação organizado por Carlos E M Tucc André L L da Silveira et al 4ed 7ª reimp Porto Alegre Editora da UFRGS ABRH 2015 TOMAZ P Cálculos hidrológicos e hidráulicos para obras municipais Capítulo 86 Infiltração Método de Horton 30102010 Disponível em httpwwwpliniotomazcombrdownloadscapitulo86infiltracaohrtonpdf Acesso em 19 de abril de 2016 03012023 1811 aboutblank aboutblank 11 03012023 1812 aboutblank aboutblank 18 Determinação de vazão máxima Método Racional Método IPAIWU Determinação de vazão de projeto pelos Métodos Racional IPAIWU AUTORA PROF ANA CRISTINA ZORATTO AUTORA PROF ANA CARLA DE SOUZA MASSELLI VAZÃO DE PROJETO Máxima vazão a ser considerada para o dimensionamento de obras hidráulicas como vertedores de barragens diâmetro de bueiros área de galerias pluviais diâmetro de túneis de desvios área de canais de adução e muitas obras afins MÉTODO RACIONAL Surgiu na Inglaterra em 1889 utilizado em bacias hidrográficas que não apresentam complexidade e que tenham até 2 km2 e eventualmente 5 km2 de área de drenagem TABELA 01 Tabela 01 Valores limites da fórmula racional O Método Racional não calcula o escoamento antes ou depois do pico simplesmente calcula a maior vazão produzida pico por uma determinada bacia hidrográfica Sua aplicação em bacias complexas tende a superestimar as vazões resultando em obras de drenagem superdimensionadas Os princípios básicos desta metodologia são Considera a duração da precipitação intensa de projeto igual ao tempo de concentração da bacia hidrográfica As condições de permeabilidade da superfície da bacia permanecem constantes durante a ocorrência da precipitação O pico do escoamento superficial direto ocorre quando toda a área de drenagem a montante do local em estudo passa a contribuir no escoamento As equações do Método Racional são as seguintes Q vazão m³s C coeficiente de escoamento superficial I intensidade da precipitação mmh A área da bacia Km² Q vazão de pico m3s 03012023 1812 aboutblank aboutblank 28 C coeficiente de escoamento superficial I intensidade média da chuva mmh A área da bacia ha MÉTODO RACIONAL MODIFICADO Para bacias de maior porte o coeficiente de retardamento procura corrigir o fato do escoamento superficial sofrer um retardamento em relação ao início da precipitação Q vazão de pico m3s C coeficiente de escoamento superficial I intensidade média da chuva mmh A área da bacia ha coeficiente de retardamento INTENSIDADE Quantidade de chuva que ocorre na unidade de tempo adotada para uma dada frequência e com uma duração igual ao tempo de concentração A intensidade é calculada através das equações de chuva intensa COEFICIENTE ESCOAMENTO Determinado em função de uma série de fatores dentre os quais o tipo de solo a ocupação da bacia a umidade antecedente a intensidade da chuva e outros de menor importância O uso de um valor constante para C é uma hipótese pouco realista e deve ser feita da seguinte maneira Valor de C deve ser determinado para as futuras condições de urbanização da bacia Se a bacia hidrográfica apresentar ocupação muito heterogênea devese estimar o valor C pelo método da média ponderada Em períodos de retorno maiores que a faixa de 5 a 10 anos deve ser realizada a correção através da expressão CT coeficiente de escoamento superficial para o período de retorno T anos C10 coeficiente de escoamento superficial para período de retorno de 10 anos Para bacia hidrográfica com ocupação muito heterogênea é recomendável calcular um valor médio de C pela média ponderada dos diversos valores de C para cada ocupação específica C coeficiente médio de escoamento superficial A área de drenagem da bacia Ci coeficiente de escoamento superficial correspondente à ocupação i Ai área da bacia correspondente à ocupação i TEMPO DE CONCENTRAÇÃO 03012023 1812 aboutblank aboutblank 38 Determinado em função de características físicas da bacia da sua ocupação e intensidade da chuva A maioria das expressões para determinar o Tempo de Concentração são empíricas e portanto só valem para condições semelhantes às de sua determinação A adoção de qualquer destas fórmulas deve ser precedida de análise cuidadosa para evitar por exemplo o equívoco de utilizar em áreas urbanas fórmulas desenvolvidas para áreas rurais Método cinemático é a forma mais correta para calcular o Tempo de Concentração neste método a bacia é dividida em vários trechos homogêneos N após a divisão é calculado a velocidade de escoamento em cada um deles O tempo de concentração em minutos será determinado pela equação tc tempo de concentração min Li comprimento de cada trecho homogêneo m Vi velocidade do escoamento no trecho i ms Em áreas urbanas o tempo de concentração pode ser dividido em duas partes Tempo para chuva atingir a primeira bocadelobo ou sarjeta tempo inicial ti Tempo de translação na rede de drenagem tt ti tempo inicial ou tempo de escoamento em superfície overland flow min C coeficiente de escoamento superficial para período de retorno de 5 a 10 anos L comprimento de escoamento m no máximo 150 m S declividade média da bacia Tabela 02 Coeficiente de escoamento superficial RUNOFF Tabela 03 Valores do coeficiente C ASCE 1969 03012023 1812 aboutblank aboutblank 48 Os coeficientes para áreas agrícolas dão determinados conforme a ocupado da bacia hidrográfica e podem ser calculados pela fórmula Tabela 04 Valor de C para áreas rurais WILLIAMS 1949 MÉTODO IPAIWU 2 Km2 área de drenagem 200 km2 Aprimoramento do Método Racional podendo ser aplicado para bacias com áreas de drenagem de até 200 km2 Existem no Estado de São Paulo órgãos que recomendam a adoção deste método A expressãobase para aplicação do método advém no método racional qual seja Q vazão de cheia m3s 03012023 1812 aboutblank aboutblank 58 C coeficiente de escoamento superficial i intensidade da chuva crítica mmh A área da bacia de contribuição km2 K coeficiente de distribuição espacial da chuva ábaco Em cada bacia hidrográfica deverão ser avaliados os seguintes fatores intervenientes a Forma área e declividade da bacia hidrográfica b Intensidade e distribuição da chuva crítica c Características da superfície da bacia hidrográfica envolvendo Provável utilização futura dos terrenos Grau de impermeabilização do solo Existência de depressões ou bacias de acumulação que diminuam os picos de cheias Grau de saturação do solo devido a chuvas antecedentes d Tempo de escoamento superficial ts e Tempo de concentração tc f Tempo de pico tp CÁLCULO DO COEFICIENTE C DE ESCOAMENTO SUPERFICIAL C coeficiente de escoamento superficial C2 coeficiente volumétrico de escoamento C1 coeficiente de forma F fator de forma da bacia COEFICIENTE DE FORMA C1 Em bacias alongadas no sentido do talvegue o tempo de concentração poderá ser superior ao tempo de pico pois a chuva que cai no ponto mais remoto da bacia chegará tarde o suficiente para não contribuir para a vazão máxima Assim em bacias alongadas devese esperar um valor de C1 1 de acordo com a equação tp tempo de pico de ascensão h tc tempo de concentração h Fórmula sintética F fator de forma FATOR DE FORMA DA BACIA 03012023 1812 aboutblank aboutblank 68 F fator de forma da bacia L comprimento do talvegue km A área da bacia km2 COEFICIENTE DE FORMA C2 Tabela 05 Grau de impermeabilização do solo em função da cobertura ou do tipo de solo e do uso ou grau de urbanização ÁBACO PARA DETERMINAR O COEFICIENTE K A chuva de projeto é determinada para um ponto específico da área o grafico do US Weather Bureau ASCE 1997 apresenta a relação entre a chuva em umponto e a chuva na área 03012023 1812 aboutblank aboutblank 78 Ocultar Legenda GRáFICO DO US WEATHER BUREAU ATIVIDADE Considere a bacia hidrográfica do Rio Varpinha com área total de coeficiente de escoamento de 0534 e chuva intensa de 281 mmmin Assinale a alternativa que apresenta a vazão de projeto correta A 97613 m3s B 58533 m3s C 3511 m3s D 585 m3s E 976 m3s ATIVIDADE A bacia do rio do Peixe Azul SP possui área de 063 Km2 área totalmente urbanizada coeficiente de escoamento de 060 e chuva de projeto de 337 mmmin a equipe de engenharia determinou a vazão de projeto através do Método Racional Modificado utilizando coeficiente de retardamento de 025 Assinale a alternativa correta A 0088 m3s 03012023 1812 aboutblank aboutblank 88 B 0053 m3s C 000088 m3s D 531 m3s E 5308 m3s ATIVIDADE A bacia hidrográfica da cidade de Varpinha apresenta os seguintes dados A 200000000 m2 C 014 K 091 i 000266 mms Uma equipe de engenharia foi contratada para realizar uma grande obra hidráulica na cidade para isso precisa fazer o levantamento hidrológico sabendo que se trata de uma grande bacia à equipe utiliza o método de IPaiWu para determinar Qmáx Assinale a alternativa que apresenta a vazão correta A 0011 m3s B 399 m3s C 100242793 m3s D 27863 m3s E 399 m3h REFERÊNCIA MELLO CR SILVA AM Hidrologia princípios e aplicações em sistemas agrícolas Lavras Ed UFLA 2013 455p ISBN 9788581280296 TOMAZ P Curso de Manejo de águas pluviais Capitulo 66 Método de I PAI WU Disponivel httpwwwpliniotomazcombrdownloadscapitulo66metododeipaiwupdf Acesso em 20 de abril 2016 TUCCI CEM Hidrologia Ciências e Aplicação Organizado por Carlos E M Tucci André L L da Silveira et al 4ed 7ª reim Porto Alegre Editora da UFRGSABRH 2015