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Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
solo
oceano
evaporaçãoevaporação
escoamento superficial
escoamento subterrâneo
infiltração
nuvens
infiltração
transpiração
rioescoamento subterrâneo
infiltração
sol
escoamento superficial
precipitaçãoprecipitaçãoprecipitação
Intercepção vegetal
nuvens
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Escoamento superficial: é o fenômeno caracterizado pelo deslocamento da água sobre a superfície do terreno.
o escoamento superficial pode ser:
Difuso: o escoamento da massa líquida
ocorre sobre uma área da superfície do solo, sendo possível identificar
um sentido preferencial do movimento mas não um caminho
preferencial para o deslocamento; o escoamento dá-se em uma camada
de pequena espessura, aproximadamente uniforme
Concentrado: o escoamento da massa líquida
ocorre sobre uma área da superfície do solo, sendo possível identificar um sentido preferencial do movimento e, claramente, um
caminho preferencial para o deslocamento; o escoamento
ocorre em pequenos canais que vão aumentando de largura e profundidade na medida que
seguem sua trajetória
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Escoamento superficial: fatores intervenientes
Precipitação: chuvas de grande intensidade, grande volume precipitado;
grande volume escoado;
Umidade do solo: elevado teor de umidade, rápida saturação do solo, mais rápido forma-se o escoamento; grande volume escoado;
Área da bacia: grande área; grande volume de chuva captado; grande volume escoado;
Topografia do terreno: terreno plano; infiltração favorecida; pequeno volume escoado;
Uso e ocupação do solo: solo vegetado, intercepção elevada; infiltração favorecida; pequeno volume escoado;
Características do solo: solo permeável, infiltração favorecida; pequeno volume escoado
Relativas aos cursos de água (escoamento concentrado):
Nível d´água: h
altura da lâmina d´água em uma seção transversal em relação a um plano de referência; medido com auxílio de réguas limnimétricas convenientemente instaladas às margens dos cursos de água ou com
registradores gráficos conhecidos como linígrafos.
Vazão: Q
quantidade de água que atravessa uma seção transversal de referência em uma unidade de tempo; medida através de estruturas hidráulicas em pequenos cursos de água ou calculada a partir de
características hidráulicas e morfológicas do escoamento e do canal em grandes cursos d´água.
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Escoamento superficial: grandezas características
Relativas à bacia (escoamento difuso + concentrado):
Coeficiente de escoamento superficial: Cs
relação entre o volume de água escoado superficialmente e o volume precipitado; calculado a partir do conhecimento dos
respectivos volumes para um evento chuvoso ou para um período de tempo específico.
Tempo de concentração: tc
tempo necessário para que toda bacia contribua para a seção transversal de referência; calculado a partir do hidrograma de
cheia ou através de fórmulas empíricas.
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Escoamento superficial: grandezas características
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
referência de nível
30 lance de régua
Posto(Estação) limnimétrica: vista em planta da seção de réguas
20 lance de régua
10 lance de régua
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Posto (estação) limnimétrica: corte transversal
30 lance de
régua
10 lance de régua
20 lance de régua
referência de nível (RN)
“zero” da régua
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Posto (estação) limnigráfica: corte transversal
referência de nível (RN)
Linígrafo de bóia
Linígrafo de pressão
poço do linígrafo
bóia
contra-peso
tubulação de pressão
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
H(m)
Q(m3/s)
vertedor
calha
h1
h1
h1
altura crítica
altura crítica
Medição de vazão através de estruturas hidráulicas
Curva de calibração ou curva-chave da estrutura
Q1
Q1
Q1
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Cálculo da vazão pelo método do flutuador
d
t = t0
t = t1
A1
A2
0t1tdV
2
AAA 21
flutuador
V AQ
Equação da continuidade
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
referência de nível
30 lance de régua
20 lance de régua
10 lance de régua
PI PF
Vista em planta da seção de réguas e da seção de medição de vazão
PFPI
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Cálculo da vazão através do método área-velocidade com emprego de
molinete fluviométrico
1 2 3 nn-1
23,80V3,20V
3v
A2
n
1iinn1n1n332211 vAvAv...AvAvAvAQ
V3 - velocidade média na vertical 3
V3,20 - velocidade medida a 20% da profundidade
V3,80- velocidade medida a 80% da profundidade
Q - vazão na seção considerada A1, A2, A3,... - área do segmento formado por duas meia-seções entre verticais adjacentes v1, v2, v3, ... - velocidade média nas verticais 1, 2, 3,...
V3,20
V3,80
A3
régua limnimétrica
verticais de medida de velocidade
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Perfis típicos de distribuição de velocidade em escoamentos á superfície livre
a distribuição transversal da velocidade aproximadamente parabólica
a distribuição vertical da velocidade aproximadamente parabólica
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Medidas instantâneas de velocidade na
seção transversal do rio
Características da seção
transversal do rio (forma e dimensões)
Cálculo da vazão instantânea
Altura da lâmina d´água próximo a
seção de medição
Estabelecimento da relação entre
altura da lâmina d´água e vazão
(curva-chave) da seção
transversal do rio
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
h1
h2
h3
H (m)
Q (m3/s)
Construção da curva-chave de um curso d´água natural
Q1 Q2 Q3
Q3
Q2
Q1
Q4
Q4
referência de nível
h4
30 lance de régua
20 lance de régua 10 lance
de régua
h3
h1
h4
trecho medido trecho extrapolado
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
h6
h7
h8
H (m)
Q (m3/s)
Utilização da curva-chave de um curso d´água natural
Q6 Q7
trecho medido trecho extrapolado
Q8
Q5
30 lance de
régua
h5
h5
10 lance de régua
20 lance de régua
h6
h7
h8
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
O conjunto de valores diários de vazão ao longo do tempo constituem
as séries históricas de
vazão
Estimo a vazão na seção
transversal do rio para qualquer
altura de lâmina d´águaCom leituras
diárias de altura da lâmina d´água
nas réguas linimétricas,
próximo a seção de medição
Com o conhecimento da
relação entre altura da lâmina d
´água e vazão (curva-chave)
da seção transversal do rio
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Hidrograma de descargas médias diárias da estação de Mateus Leme no ribeirão Mateus Leme (40823000) no ano de 1977
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
janeirofevereiro
marçoabril
maiojunho
julhoagosto
setembrooutubro
novembrodezembro
tempo (meses)
Vaz
ões
(m3/
s)
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Hidrograma de cheia típico
0
50
100
150
200
0 5 10 15 20tempo (h)
Q(m
3/s)
curva de recessão do escoamentocurva de
concentração do escoamento
vazão de pico
escoamento superficial
curva de depleção do escoamento
escoamento subterrâneo
B
A
C
área do “triângulo” ABC é o volume
escoado superficialmente
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Hidrograma de cheia típico
para uma precipitação
tempo (h)
Q(m
3/s
)tempo (h)P
(mm
)
precipitação efetiva que se transforma em escoamento
superficial
parcela da precipitação que
se infiltra no soloprecipitação interceptada X
X
Ves
p1 pn....
n
1baciai
ess
Ap
VC
Coeficiente de escoamento superficial
tc -tempo de concentração da bacia
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Balanço hídrico: relação dos volumes que entram, que se acumulam e que saem de uma superfície
a superfície do planeta;
uma bacia hidrográfica;
um lago ou reservatório
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
solo
oceano
Evaporação
424Evapotranspiração
61
escoamento superficial
38
escoamento subterrâneo
1
rio
sol
Precipitação
100Precipitação
385
Umidade atmosférica
39
Balanço hídrico no planeta
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
infiltração
nuvens
infiltração
solBalanço hídrico em uma bacia hidrográfica
P
Ge
Gs
Ec
Tc
I
Q
Eb Qb
Tb
Sb
Sc
P - precipitação; E - evaporação; T - transpiração; Q - escoamento superficial; G - escoamento subterrâneo; I - infiltração; S - armazenamento na bacia
substrato impermeável
Sub-índices:
“c” - acima da superfície; “b” - abaixo da superfície; “e” - entrada no sistema; “s” - saída do sistema.
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Equação do balanço hídrico
O que ocorre acima da superfície do solo:
P + Qb - Q - Ec - Tc - I = Sc
O que ocorre abaixo da superfície do solo:
I + Ge - Gs - Qb -Eb -Tb = Sb
Combinado as duas equações:
P + Ge - Gs - Q - (Ec + Eb) - ( Tc + Tb) = Sc + Sb
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
P
I
O
Ep
V
V
crista ou soleira do vertedor
Balanço hídrico de um reservatório
barragem
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Balanço hídrico de um reservatório
OAEPAIΔt
ΔVp
o;considerad tempo no ioreservatór no água de volume do variaçãoΔt
ΔV
I = vazão média afluente média ao reservatório;
P = precipitação sobre o reservatório;
Ep = evaporação potencial média;
A = área do reservatório;
O = vazão média afluente média ao reservatório.
Sendo:
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Balanço hídrico de um reservatório aplicado ao cálculo da evaporação potencial
OAEPAIΔt
ΔVp
/mês);(hm oconsiderad tempo no ioreservatór no água de volume do variaçãoΔt
ΔV 3
I = vazão média afluente média ao reservatório no período considerado (m3/s);
P = precipitação total sobre o reservatório no período considerado (mm/mês);
Ep = evaporação potencial média no período considerado (mm/mês);
A = área do reservatório (km2);
O = vazão média afluente média ao reservatório no período considerado (m3/s).
A
1
Δt
ΔV1000P
A
OI2592Ep
Isolando Ep e ajustando unidades, obtém-se:
Gerenciamento Municipal de Recursos Hídricos
Consideração no cálculo do balanço hídrico
Na prática a aplicação do balanço hídrico não é tão simples devido a:
ocorrência de perdas no processo: fugas por infiltração; evaporação da precipitação;
dificuldade de medida com exatidão de todas as variáveis envolvidas no processo: precipitação média, precipitação sobre espelhos d´água; vazão em todas as “entradas’ e “saídas”; termo de armazenamento em grandes bacias hidrográficas.
Para minimizar os erros, efetuar o cálculo do balanço hídrico em base mensal ou anual