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Repblica Federativa do BrasilLuiz Incio Lula da Silva
Presidente
Ministrio do Meio AmbienteCarlos Minc
Ministro
Agncia Nacional de guasDiretoria Colegiada
Jos Machado (Diretor-Presidente)
Benedito Braga
Bruno Pagnoccheschi
Dalvino Troccoli Franca
Paulo Lopes Varella Neto
Superintendncia de Gesto da Rede Hidrometeorolgica
Valdemar Santos Guimares
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Foto: Paulo Gamaro/Banco de imagens ANA
Foto: Solange/Banco de imagens ANA
Foto: Maurcio/Banco de imagens ANA
Foto: Douglas/Banco de imagens ANA
Foto: Marcos/Banco de imagens ANA
Foto: Ralph/Banco de imagens ANA
Foto: Prado/Banco de imagens ANA
Foto: Silvio/Banco de imagens ANA
Foto: Bragana/Banco de imagens ANA
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Ministrio do Meio Ambiente
Agncia Nacional de guas
Superintendncia de Gesto da Rede Hidrometeorolgica
Braslia DF
2009
M A N U A L T C N I C O
MediodeDESCARGA LQUIDAem Grandes Rios
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Agncia Nacional de guas ANA, 2009
Setor Policial Sul, rea 5, Quadra 3, Blocos B, L, M e TCEP 70610-200, Braslia DFPABX: 61 2109 5400www.ana.gov.br
Equipe editorial
Coordenao Geral do Material Tcnico:
Valdemar Santos GuimaresMarcelo Jorge Medeiros
Edio do Material Tcnico:
Fabrcio Vieira AlvesMatheus Marinho de FariaCelso Rosa de vilaPaulo Everardo Muniz Gamaro
Mauro Silvio RodriguesMauricio OrlandiMrcio de Oliveira CndidoJorge Enoch Furquim Werneck Lima
Reviso de Texto:
Leny Simone Tavares Mendona
Capa:
Represa de Piracaia, SP Toms May/Banco de imagens ANA
Produo:
TDA Comunicao www.tdabrasil.com.br
Todos os direitos reservados. permitida a reproduo de dados e informaes contidos nesta publicao, desde que citada a fonte.
Catalogao na fonte: CEDOC / BIBLIOTECA
A271m Agncia Nacional de guas (Brasil)
Medio de descarga lquida em grandes rios: manual tcnico / AgnciaNacional de guas. - Braslia: ANA; SGH, 2009.
88 p : ll.
ISBN: 978-85-89629-34-81. Recursos hdricos 2. Fluviometria 3. Medio de vazo 4. Manual tcnico
grandes rios
I. Agncia Nacional de guas (Brasil) II. Superintendncia de Gesto da Rede
HidrometeorolgicaCDU 556.18:556.08(035)
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Apresentao ...............................................................................................................................................................................................................................................11
1 Medio de Variveis Hidrolgicas ...............................................................................................................................................................................141.1 Nvel de gua ................................................................................................................................................................................................................................151.2 Precipitao ....................................................................................................................................................................................................................................18
2 Levantamentos Topogrficos e Batimtricos ...................................................................................................................................................22
2.1 Medidas de distncia e ngulo...................................................................................................................................................................................222.1.1 Posicionamento com sextante .....................................................................................................................................................................232.1.2 Posicionamento com teodolito ....................................................................................................................................................................242.1.3 Posicionamento com distancimetro ....................................................................................................................................................252.1.4 Posicionamento com DGPS .............................................................................................................................................................................25
2.2 Levantamento batimtrico .............................................................................................................................................................................................26
3 Medio de Descarga Lquida .............................................................................................................................................................................................28
3.1 Variveis da medio de descarga lquida .....................................................................................................................................................283.2 Mtodo convencional com molinete hidromtrico .............................................................................................................................293.3 Mtodos de clculo: seo mdia e meia seo ......................................................................................................................................33
3.3.1 Seo mdia ..................................................................................................................................................................................................................333.3.2 Meia seo.......................................................................................................................................................................................................................33
4 Curva de Descarga Lquida (ou Curva-chave) ..................................................................................................................................................36
5 Tcnicas de Medio da Descarga Lquida em Grandes Rios ........................................................................................................40
5.1 Mtodo do barco ancorado ...........................................................................................................................................................................................405.2 Mtodo dos grandes rios (mtodo barco no-ancorado) .............................................................................................................465.3 Mtodo do barco em movimento (moving boat ou smoot) ......................................................................................................555.4 Mtodo acstico (efeito doppler) ............................................................................................................................................................................61
5.4.1 Conceito do princpio doppler .......................................................................................................................................................................635.4.2 A tecnologia ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) .........................................................................................................635.4.3 Fundamentos da medio de vazo com adcp ............................................................................................................................665.4.4 Perspectivas ...................................................................................................................................................................................................................71
5.4.5 Quebra de paradigmas do princpio doppler ..................................................................................................................................715.4.6 Terminologia doppler............................................................................................................................................................................................725.4.7 Ficha de medio com ADCP ..........................................................................................................................................................................72
SUMRIO
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6 Estudo de Caso Estao Manacapuru ..............................................................................................................................................................76
6.1 Fotos ......................................................................................................................................................................................................................................................83
6.1.1 Estao fluviomtrica............................................................................................................................................................................................836.1.2 Estao pluviomtrica ..........................................................................................................................................................................................836.1.3 Estao telemtrica .................................................................................................................................................................................................846.1.4 Seo de medio de descarga lquida .................................................................................................................................................84
6.2 Curva-chave ...................................................................................................................................................................................................................................85
7 Referncia ...................................................................................................................................................................................................................................................88
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1- Estaes fluviomtricas em operao no Brasil....................................................................................................................14
2- Estaes pluviomtricas em operao no Brasil ..................................................................................................................15
3- Rgua de alumnio anodizado e pintada sobre concreto ............................................................................................16
4- Seo de rgua sem escadaria e com escadaria ..................................................................................................................16
5- Lingrafo de bia (modelo stevens) e poo tranqilizador .........................................................................................1
6- Lingrafos de presso de bolhas e transdutor eletrnico .............................................................................................1
7- Lingrafo digital .............................................................................................................................................................................................1
8- Referncia de nvel de concreto .......................................................................................................................................................1
9- Pluvimetros VilLe de Paris e modelo DNAEE e proveta .............................................................................................18
10- Pluvigrafos de bia, balana e cubas basculantes (PCD) ...........................................................................................18
11- Pluvigrafo digital (sensor de chuva com datalogger) ...................................................................................................18
12- Mtodo direto de posicionamento com cabo de ao graduado ...........................................................................22
13- Utilizao do sextante .............................................................................................................................................................................23
14- Parmetros para clculo da posio da vertical B...............................................................................................................23
15- Utilizao do teodolito para posicionamento do barco e alvos de visada ....................................................24
16- Variveis envolvidas no posicionamento do barco ...........................................................................................................24
17- Utilizao DGPS na margem (base) e no barco (mvel) ................................................................................................25
18- Mtodos de batimetria: vau, guincho hidromtrico e ecobatmetro.............................................................26
19- Ecobatmetro com detalhe do transdutor ................................................................................................................................26
20- Grandezas necessrias para determinao da descarga lquida ............................................................................30
21- Partes do molinete (corpo e hlice) e o passo da hlice ...............................................................................................3
22- Relao entre a velocidade da gua e as rotaes medidas pelo molinete .................................................3
23- Estrutura do guincho (cabo de ao e medidor da profundidade do molinete) e do molinete
e lastro (formato hidrodinmico) ....................................................................................................................................................32
24- Instalao do ecobatmetro na lateral do barco, contador digital de pulsos e registrador de
dados do ecobatmetro .........................................................................................................................................................................32
25- Clculo da seo mdia - verificao das verticais e reas ..........................................................................................33
26- Clculo da meia seo - verificao das verticais e reas .............................................................................................33
27- Curva de descarga de controle nico ..........................................................................................................................................36
28- Curva de descarga com mudana de controle .....................................................................................................................3
29- Medies de descarga indicando curva de descarga em lao .................................................................................3
30- Seo de medio com o PI E PF e verticais de medio de velocidades.......................................................40
31- Procedimentos para ancoramento do barco ..........................................................................................................................4
NDICE DE FIGURAS
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32- Clculo das variveis D,X,Ycom o barco jusante da seo transversal PI-PF.........................................4
33- Clculo das variveis D,X, Ycom o barco montante da seo transversal PI-PF...................................42
34- Perfil transversal da seo obtida pelo mtodo barco ancorado ..........................................................................46
35- Parmetros para clculo da vazo pelo mtodo dos grandes rios .......................................................................4
36- Posicionamento do barco durante a medio utilizando teodolitos .................................................................4
37- Ecobatmetro com contador de pulsos digital do molinete e utilizao do rdio comunicador
para posicionamento do barco ........................................................................................................................................................48
38- Triangulao em Manacapuru/AM e posicionamento dos teodolitos ..............................................................48
39- Perfil transversal da seo de medio pelo mtodo dos grandes rios ...........................................................55
40- Medio de vazo pelo mtodo Smoot .....................................................................................................................................56
41- Alvo prximo margem e contador de pulsos pelo mtodo barco em movimento ...........................56
42- Seo de medio com a utilizao do mtodo do barco em movimento...................................................5
43- Equipamentos para medio pelo mtodo Smoot a 1 metro de profundidade ......................................5
44- Eixo vertical fixado na proa do barco e medidor de ngulo ......................................................................................58
45- Perfil transversal da seo de medio pelo mtodo Smoot ....................................................................................6
46- Comparao da medio com ADCP com mtodo convencional (Molinetes) ..........................................6
47- Mapeamento da seo transversal pelo ADCP/ADP ........................................................................................................62
48- Tela do programa Winriver (RDI Instruments fabricante do ADCP) .................................................................62
49- Tela do programa River Surveyor (Sontek fabricante do ADP) ............................................................................63
50- Ondas A fonte estacionria e B fonte em movimento ...........................................................................................63
51- ADCP BB-DR e equipamentos instalados em bote tipo Zodiac no Rio Beni, Bolvia ..........................65
52- Perfil de velocidade da seo medida com o ADCP no Rio Solimes, Manacapuru em
07/08/2002 (123.619m3/s) ....................................................................................................................................................................65
53- Vista dos 3 transdutores do ADP e dos 4 transdutores acsticos do ADCP utilizados para
emitir e receber os pulsos sonoros .................................................................................................................................................66
54- Modo como o ADCP mede vazo ...................................................................................................................................................6
55- reas medidas e calculadas (margens, fundo e topo) pelo ADCP ........................................................................6
56- Fontes de interferncia e forma do sinal emitido por cada transdutor do ADCP ....................................68
57 - Extrapolao das reas no medidas (exponencial).........................................................................................................68
58- Tela de configurao inicial do programa Winriver (ADCP) ........................................................................................69
59- Principais comandos do WH Rio Grande ADCP (RDI) .......................................................................................................69
60- Configurao inicial do River Surveyor da Sontek .............................................................................................................69
61- Configuration Wizard ...............................................................................................................................................................................70
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62- Ficha de medio de vazo com ADCP .......................................................................................................................................73
63- Estao fluviomtrica de Manacapuru (14.100.000) .....................................................................................................83
64- Estao pluviomtrica de Manacapuru (00360001) ......................................................................................................83
65- Estao telemtrica de Manacapuru (14.100.000) ..........................................................................................................84
66- Alvos da seo de medio de descarga lquida da estao Manacapuru ....................................................84
67- Curva-chave da estao Manacapuru/AM (14.100.000) ................................................................................................85
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1- Grandezas Geomtricas da Seo ...................................................................................................................................................28
2- Grandezas do Escoamento na Seo ...........................................................................................................................................29
3- Frmulas para Clculo da Velocidade Mdia na Vertical..............................................................................................30
4- Freqncias Mximas de Contagem Tericas e Prticas ..............................................................................................32
5- Valores Medidos de Profundidade Total e ngulos dos Teodolitos para Vertical ....................................42
6- Clculo da Distncia (D) do Barco Margem Esquerda do Rio ...............................................................................43
7- Clculo das Coordenadas (X e Y) do Barco e Velocidade Medida pelo Molinete para a Vertical,
Profundidade e VelocIdade Integrada.........................................................................................................................................44
8- Clculo das Velocidades Mdias, Largura (Mtodo Meia Seo), rea, Vazo em Vertical e Total..45
9- Valores Medidos de Profundidade Total e ngulos Teodolitos para Vertical e Profundidade......49
10- Clculo da Distncia (D) Percorrida pelo Barco para cada Vertical e Profundidade ..............................50
11- Clculo das Coordenadas (X e Y) do Barco e Velocidade Medida pelo Molinete para cadaVertical e Profundidade ..........................................................................................................................................................................52
12- Clculo das Velocidades (Molinete, Barco, Longitudinais, Rio), Largura (Mtodo Meia Seo),
rea e Vazo para cada Vertical (Mtodo Grandes Rios) ..............................................................................................54
13- Coeficientes do Molinete Utilizado nas Travessias ............................................................................................................58
14- Clculo das Velocidades Mdias, Distncias Percorridas, reas Parciais e Vazes Parciais para
cada Vertical e Vazo Total da Travessia .....................................................................................................................................59
15- Resumo das Medies em cada Travessia e Correo da Vazo em Funo da Distncia entre
as Margens (Kl) ..............................................................................................................................................................................................60
16- Valores Mnimos e Mximos para Equipamentos WH Rio Grande ADCP (RDI) ..........................................70
17- Distncias para o Blanking nos Equipamentos ADCP (RDI) .......................................................................................71
NDICE DE TABELAS
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O Brasil possui uma disponibilidade hdrica superficial estimada em 8.160 km/ano,
aproximadamente 18% do total disponvel no globo terrestre. Apenas o rio Amazonas,
que possui uma vazo mdia de 209.000 m/s, lana no Oceano Atlntico aproximada-mente 6.590 km/ano.
O crescimento populacional das ltimas dcadas e os correspondentes nveis de demanda
de gua para satisfao dos seus diversos usos, consuntivos e no consuntivos, esto
contribuindo para seu esgotamento em muitas partes do mundo, seja em termos dos
volumes remanescentes, seja pela deteriorizao da sua qualidade, resultando da considerar
a gua um recurso natural limitado, dotado de valor social, econmico e ambiental.
A gesto da rede bsica de estaes hidromtricas em todo territrio brasileiro vem
sendo realizada pela Superintendncia de Gesto da Rede Hidrometeorolgica SGH
da Agncia Nacional de guas ANA, sendo as estaes operadas por diferentes em-
presas e entidades parceiras.Atualmente, 25.703 estaes hidrometeorolgicas de diversas operadoras esto
cadastradas no banco de dados hidrometeorolgicos da ANA, sendo 15.696 estaes
pluviomtricas e 10.007 estaes fluviomtricas, das quais 987 so sedimentomtricas
e 3.615 de qualidade da gua. Encontram-se efetivamente, em operao no pas, 8.969
estaes pluviomtricas e 5.854 fluviomtricas. Das estaes fluviomtricas, 3.246 tem
monitoramento de qualidade de gua e 818 tem medies sedimentomtricas (Banco
de Dados Hidro. Acesso em: maio 2009).
As informaes hidrolgicas obtidas com estas estaes esto sendo consideradas, cada
vez mais, estratgicas para o gerenciamento dos recursos hdricos e desenvolvimento
de projetos em vrios segmentos da economia como: agricultura, transporte, energia
e meio ambiente. Destacam-se os esforos empreendidos para a produo de dados
e informaes hidrolgicas, mediante o emprego de tecnologias modernas para
seu processamento, tendo como objetivos a espacializao dos dados por meio do
geoprocessamento e sua disponibilizao na Internet como forma de democratizar
sua divulgao.
A implementao da Poltica Nacional de Recursos Hdricos (PNRH) defronta-se com
uma grande necessidade de conhecimentos cientficos e tecnolgicos, ao mesmo
tempo em que depende de formao e treinamento de pessoal, em todos os nveis,
para fazer face s tarefas que se impem com a Lei das guas.
Diante da necessidade de padronizar as atividades desenvolvidas no campo da
hidrometria e de orientar tcnicos, pesquisadores e demais profissionais da rea, a ANApretende oferecer o presente Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida
em Grandes Rios.
APRESENTAO
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MEDIODE VARIVEIS
HIDROLGICAS
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Agncia Nacional de guas14
A gua existe em praticamente todo o planeta, na
atmosfera, na superfcie dos continentes, nos mares,
oceanos e no subsolo, em permanente circulao, pro-
cesso denominado ciclo hidrolgico.
A palavra hidrologia deriva das palavras gregas hydro(gua) e logos (cincia) designando, portanto, a cin-
cia cujo objeto o estudo da gua sobre a terra, sua
ocorrncia, distribuio e circulao, suas propriedades e
seus efeitos sobre o meio ambiente e a vida. Entretanto,
por causa da enorme amplitude dessa definio, numero-
sas disciplinas se constituram em cincias especializadas
(meteorologia, limnologia, oceanografia, ecologia), alm
de estudos como a hidrometria (SANTOS et al., 2001).
A hidrometria um captulo da hidrologia que consiste
na medio das grandezas que interessam ao estudo da
gua na natureza, como vazes (lquidas e slidas) e n-
veis dgua em rios, lagos e represas, ndices pluviomtri-
cos (chuva) e outros parmetros. Pode ser aplicada tam-
bm em medies de gua em estaes de tratamento
de gua ou de esgotos (WIKIPEDIA, 2007).
Essas grandezas podem ser medidas diretamente, como
ocorre com a precipitao e com o nvel de gua; ou indi
retamente, como o caso da vazo lquida e slida e d
evapotranspirao, quando se medem grandezas tpica
que guardam uma determinada relao funcional com varivel em pauta.
Pelo exposto, fica evidente a necessidade de medir no
campo uma srie de variveis hidrolgicas e meteorolg
cas, visando o conhecimento das caractersticas hidrolg
cas e possibilitando a aplicao dos modelos matemtico
na previso de nveis e/ou vazes, a estimativa da probab
lidade associada a eventos raros e a quantificao as poss
bilidades do aproveitamento dos recursos hdricos.
Um local de observao chamado de posto ou
estao. Por exemplo, um posto pluvio-fluviomtrico
o local onde se medem precipitaes, nveis dgua
vazes. Como decorrncia da variao espacial conside
rvel dessas grandezas, necessita-se, para caracteriza
uma bacia hidrogrfica, de vrias estaes distribuda
sobre a sua superfcie, o que leva ao conceito de rede
Mapa:Simone/BancodemapasANA/SGHAtualizadoemm
aiode2009
Figura 1Estaes fluviomtricas em operao no Brasil.
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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios
de monitoramento, ou seja, um conjunto de estaes
pluviomtricas, fluviomtricas, sedimentomtricas, me-
teorolgicas e de qualidade da gua distribudas sobre
uma determinada regio.A Rede Hidrometeorolgica em operao no Brasil, sob
responsabilidade da ANA e de outras entidades, est
representada nas Figuras 1 e 2.
1.1 Nvel de gua
O estudo do regime hidrolgico de um curso dgua
exige, evidentemente, o conhecimento da variao de
seu nvel e vazo ao longo do tempo.
Como a avaliao diria das vazes por um processo diretoseria excessivamente onerosa e complicada, opta-se em
geral pelo registro dirio, duas vezes ao dia (nas estaes
da ANA s 7 horas e s 17 horas) ou contnuo no tempo, do
nvel dgua e pela determinao da relao entre nvel de
gua e vazo (curva ou tabela cota-vazo).
Neste tpico ser descrito apenas a medio do nve
da gua (cota do rio), visto que a medio da vazo ser
tratada posteriormente.
Mede-se o nvel de gua por meio de linmetros, maicomumente chamados de rguas limnimtricas e lin
grafos. Uma rgua limnimtrica uma escala graduada
de madeira, de metal (esmaltado ou no), ou mesmo
pintada sobre uma superfcie vertical (Figuras 3 e 4).
Evidentemente, as leituras de uma rgua limnimtric
esto sujeitas a uma srie de erros, entre os quais, alm
de dificuldades naturais na leitura durante cheias (osc
lao do nvel por alguns decmetros), os chamados er
ros grosseiros (resultantes da impercia ou neglignci
do observador), e os erros sistemticos que, em geraprovm de mudanas causais ou mal documentadas d
zero da rgua.
A rgua pode no ser representativa da situao de mdi
diria. perfeitamente possvel que tenha ocorrido
um mximo (ou mnimo) no intervalo das leituras. Ess
Figura 2Estaes pluviomtricas em operao no Brasil.
Mapa:Simone/BancodemapasANA/SGHAtualizadoemm
aiode2009
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Figura 3Rgua de alumnio anodizado e pintada sobre concreto.
Foto:Fabrcio/BancodeimagensANA
Foto:Fabrcio/BancodeimagensANA
Figura 4Seo de rgua sem escadaria com escadaria.
Foto:Maurcio/BancodeimagensANA
Foto:Maurcio/BancodeimagensANA
problema particularmente importante nas bacias
hidrogrficas pequenas e/ou urbanas.
Para contornar esse tipo de problema, costuma-se
instalar em estaes fluviomtricas com variaes rpi-
das de nvel, aparelhos registradores contnuos do nvel
dgua, denominados lingrafos. Sob o ponto de vista
funcional existem os lingrafos de bia, colocado em
Poo Tranquilizador (Figura 5) e os de presso (Figura 6).
Um detalhe importante a necessidade de instalar junto
rgua, duas ou mais referncias de nvel (RN), para
permitir a reinstalao na mesma cota, na eventualidade
de os lances serem destrudos por uma enchente ou ato
de vandalismo, ou at mesmo para o nivelamento do
nveis de rgua durante a campanha de manuteno d
estao. importante que as referncias de nvel sejam
identificadas com um nmero sequencial e com cota em
relao ao zero da rgua (Figura 7).
Os lingrafos podem ser do tipo analgico com registrador grfico ou digital, armazenando a informao a se
coletada em um datalogger equipamento destinad
a executar a aquisio e a gravao de dados duran
te um perodo de tempo, eliminando a necessidade d
presena de um operador durante a coleta (Figura 8).
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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios
Figura 6Lingrafos de presso: de bolhas e transdutor eletrnico.
Foto:Alessandro/BancodeimagensANA
Foto:Alessandro/BancodeimagensANA
Figura 5Lingrafo de bia (modelo Stevens) e poo tranqilizador.
Foto:Bos
co/BancodeimagensANA
Foto:Bos
co/BancodeimagensANA
Figura 7Referncia de nvel de concreto.
Foto:M
atheus/BancodeimagensANA
Foto:M
atheus/BancodeimagensANA
Figura 8Lingrafo digital.
Foto
:Celso/BancodeimagensANA
Foto
:Celso/BancodeimagensANA
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Agncia Nacional de guas18
Esses dados so coletados por meio da conexo entre o
datalogger e um computador porttil ou mesmo serem
transmitidos remotamente por sistema de telemetria (ver
descrio dos pluvigrafos digitais no item 1.2 a seguir.
1.2 Precipitao
No Brasil, onde a absoluta maioria da precipitao
(mais de 99%) est sob a forma de chuva, mede-se
convencionalmente a precipitao por meio de aparelhos
chamados pluvimetros e pluvigrafos.
O pluvimetro um aparelho dotado de uma superfcie
de captao horizontal delimitada por um anel metli-
co e de um reservatrio para acumular a gua recolhida,
ligado a essa rea e captao. Em funo dos detalhes
construtivos, h vrios modelos de pluvimetros em usono mundo, sendo no Brasil bastante difundido o tipo
Ville de Paris(Figura 9).
O pluvimetro Ville de Parispossui uma rea de captao
de 400 cm2, de modo que um volume de 40 ml corres-
ponde a 1 mm de precipitao. A gua acumulada no
aparelho retirada por meio de uma torneira situada no
fundo do aparelho em horrios pr-fixados (nas estaes
da ANA s 7 horas) e medida por meio de uma proveta
calibrada especificamente para o tipo de pluvimetro
utilizado. Ainda existe, para evitar a entrada de sujeira e
reduzir a evaporao da gua, uma peneira entre a re
de captao e o depsito de gua.
O valor da precipitao anotado no dia da leitura parfacilitar a ao dos observadores, embora a maior par
te do perodo transcorrido entre as observaes tenh
ocorrido no dia anterior. Portanto, as observaes d
chuva referem-se ao total acumulado nas ltimas 24 ho
ras, quando este for o intervalo entre as leituras.
Para medio de chuvas de pequena durao ou quando
se exige o conhecimento da chuva em intervalos menore
(monitoramento de pequenas bacias), so utilizados o
chamados pluvigrafos.
Esses aparelhos so capazes de registrar continuamentede forma analgica ou digital, a precipitao em deter
minado local. Nos aparelhos de registro analgico exist
um mecanismo que registra graficamente a chuva acu
mulada. Entre os diferentes tipos de pluvigrafos em uso
h trs sistemas mais usuais: o debia, balana ecuba
basculantes (Figura 10).
A gerao atual de pluvigrafos utiliza tecnologia digita
com o registro dos eventos armazenamentos em Datalog
Figura 9Pluvimetros Ville de Paris e modelo DNAEE e proveta.
Foto:Bosco/BancodeimagensANA
Foto:Bosco/BancodeimagensANA
Foto:Bosco/BancodeimagensANA
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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios
ger equipamento com capacidade de memria varivel,
capaz de armazenar as informaes em intervalos de tem-
po previamente determinados. Este avano tecnolgico
permite eliminar a difcil tarefa de leitura de interpretao
grfica, eliminando erros e reduzindo custos.
O sensor de chuva pode ser o de cubas basculantes,
emitindo pulsos que so recebidos pelo Datalogger
acoplado ao sensor. Os dados armazenados so
coletados com o uso de computadores portteis ou
coletor de dados.
Existem equipamentos em que o sensor de chuva e
Datalogger encontram-se numa nica unidade (pluvi
grafo digital) e outros onde o sensor funciona numa Pla
taforma de Coleta de Dados PCD, levando a informa
ao Datalogger por meio de cabos prprios (Figura 11).
Esses sensores digitais, quando inseridos a um sistema d
telemetria, com modeme meio de comunicao (satlite
telefonia celular, telefonia convencional ou rdio), forne
cem a informao em tempo real, na central de controle
em intervalos de tempo previamente programados.
Figura 10
Pluvigrafos de bia, de balana e cubas basculantes (PCD).
Foto:Maurcio/BancodeimagensANA
Foto:Fabrcio/BancodeimagensANA
Foto:Fabrcio/BancodeimagensANA
Figura 11Pluvigrafo digital (sensor de chuva com datalogger).
Foto:C
elso/BancodeimagensANA
Foto:C
elso/BancodeimagensANA
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LEVANTAMENTOSTOPOGRFICOSE BATIMTRICOS
2
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Agncia Nacional de guas22
2.1 Medidas de distncia e ngulo
As medidas de distncia podem ser realizadas pelos
processos direto e indireto.
O processo direto consiste em se percorrer a distnciaa ser medida, verificando o nmero de vezes que uma
unidade de medida linear (metro) cabe dentro do espao
a se medir. O instrumento mais utilizado na medida direta
de distncia a trena, sendo que o cabo de ao graduado
tambm usado com frequncia em hidrometria.
O processo indireto utiliza equipamentos que consideram
somente as extremidades da distncia a medir.
Em hidrometria, a escolha do processo depende do tipo
de levantamento e das caractersticas do local, alm do
equipamento e equipe de hidrometristas disponveis.
Os instrumentos de medida de distncias e ngulos so
utilizados principalmente nas medies de vazo e nos
levantamentos batimtricos das sees transversais,
com o objetivo de determinar a largura do rio, a
distncia entre o Ponto Inicial - PIe o Ponto Final - PFe
o posicionamento das verticais.
Muitas vezes torna-se necessrio utilizar a Lei do
Senos e dos Cossenos no clculo do posicionamento
do barco e para obteno da triangulao da seo d
medio de descarga, em funo do posicionamento
dos alvos nas margens.
Lei dos senos:( ) ( ) ( )Csen
c
Bsen
b
Asen
a==
Lei dos cossenos: ( )Cbabac cos2222 +=
a
b
cB
C
A
Cabe recordar que:
:se ( ) ( ) ( ) ( ) ( )ABsenBAsenBAsen coscos +=+
:ento ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 10180coscos180180 == CsenCsenCsenCsen ooo
( ) ( )CsenCsen o =180:logo
Foto:Maurcio/Bancodeim
agensANA
Figura 12Mtodo direto de posicionamento com cabo de ao graduado.
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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios
( )
( )Bsen
CBsenba
+=
( )[ ]
( )Bsen
CBsenba
o+
=180
PI PF
Alvo F1
B
a
b
A
c
C
b = base da triangulao;
C = ngulo obtido com a triangulao;
B = ngulo lido no sextante;
a = distncia a ser calculada para determinar a
posio da embarcao no eixo da seo
de medio.
Figura 14Parmetros para o clculo da posio da vertical B.
Nos rios de pequeno e mdio porte, normalmente so
utilizados os mtodos diretos para posicionamento das
verticais, trena e cabo de ao graduado, respectivamente.
Nos rios com largura superior a 300 m ou rios menores
que apresentam velocidade elevada, normalmente soutilizados os mtodos indiretos de distncia. Neste caso,
de maneira geral, o posicionamento do barco feito por
triangulao, com o equipamento denominado Sextante
ou Teodolito1ou por um processo eletrnico utilizando-
se o distancimetro.2
2.1.1 Posicionamento com sextante
Sextante um instrumento tico destinado a medir
um ngulo entre dois objetos (Figura 13), permitindo
leituras com preciso at um minuto de ngulo. Emhidrometria, o sextante utilizado para medir, a partir
do barco, o ngulo horizontal entre alvos instalados
previamente nas margens, possibilitando determinar o
posicionamento da embarcao.
Na operao se segura com firmeza o instrumento
posicionado na horizontal e visa-se o alvo principal
atravs da luneta. As marcaes so feitas com o auxlio
de um suplemento montado em cima da agulha,
denominado alidade de marcao. Movendo a alidade,
leva-se a imagem refletida do alvo secundrio a coincidir
com a imagem do alvo visado diretamente. A alidade
indica no limbo do sextante o valor do ngulo medido.
A medio com sextante consiste em posicionar o barco
na vertical escolhida, seguindo o alinhamento dado
pelos alvos da margem esquerda ME e pelos alvos da
MD (margem direita). Mede-se com o sextante, a partir do
barco, o ngulo formado entre o alinhamento e os alvos
localizados na mesma margem. Obtm-se, assim, um
tringulo com uma distncia e dois ngulos conhecidos,
conforme mostra a Figura 14, em que:
1O teodolito um instrumento ptico utilizado na topografia e naagrimensura para realizar medidas de ngulos verticais e horizon-tais, usado em redes de triangulao.
2Equipamento eletrnico usado em levantamentos topogrficos ougeodsicos para determinao de distncias.
Figura 13Utilizao do sextante.
Foto:Marcelo/BancodeimagensANA
Foto:Marcelo/BancodeimagensANA
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Agncia Nacional de guas24
Para uma maior segurana, devem-se ler no mnimo dois
ngulos para cada posicionamento do barco e utilizar a
mdia destes valores no clculo da distncia.
2.1.2 Posicionamento com teodolito
Este processo pode ser aplicado para o posicionamento
do barco ancorado ou em movimento e consiste na
instalao de dois teodolitos na margem; e um teodolito
(T2) deve estar posicionado na margem, no alinhamento
da seo transversal e tem a funo de indicar o
posicionamento da embarcao em relao ao eixo da
seo de medio (montante ou jusante da seo).
O segundo teodolito (T1) dever estar localizado na
margem de tal maneira que possa visualizar toda a
extenso da seo transversal e estar a uma distnciamnima de (T
2) equivalente a um tero da distncia entre
PI e PF. Esse teodolito medir o ngulo () formado, no
momento do posicionamento, entre o alinhamento (T1/
embarcao) e o alinhamento (T1/T
2) (Figura 15).
Figura 15Utilizao do teodolito para posicionamentodo barco e alvos de visada.
Foto
:Fabrcio/BancodeimagensANA
Foto:Celso/BancodeimagensANA
A distncia do barco ao PI (d) e das coordenadas x e
do barco so determinadas a partir dos seguintes valore
(Figura 16):
conhecidos pela triangulao da seo de medio
a base b (distncia T1-T2 sendo geralmente Tlocalizado no PI) e dos ngulos O1 e O2;
obtidos com os teodolitos durante a medio
ngulos e .
T1
y
b
d
x
T2
PI PF
O2
O1
Figura 16Variveis envolvidas no posicionamento do barco.
A distncia PI-PF (constante durante toda a medio
determinada a partir da base be dos ngulos O1e O
a distncia de as coordenadas xe y(variveis ao lon
go de todo a medio) podem ser calculados pela
seguinte expresses:
( )[ ] ( )
( ) ( )
( )(
21
2
221
2121
,,
180
OOsen
OsenbPFPI
Osen
PFPI
OOsen
b
OOsenOOsen o
+=
=+
+=+
( ) ( )[ ]( ) ( )
(
+=
+=
11180 Osen
senbd
Osen
b
sen
do
( )( )
=
=
sendy
dx cos
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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios
Cabe salientar que o valor das distncias d, x e y so
calculados em funo dos ngulos e , de acordo com
a orientao dos eixos cartesianos adotados.
2.1.3 Posicionamento com distancimetro
O distancimetro um equipamento eletrnico acoplado
ao teodolito, e os mais comuns possuem um alcance de
at 2 km. Na operao, h a necessidade de instalao
do refletor (prisma) no ponto a ser medido. O distanci-
metro deve ser instalado na margem, alinhado a seo
transversal e preferencialmente junto ao PI. As distncias
tomadas pelo distancimetro geralmente necessitam
de correo do ngulo vertical, pois dificilmente o pris-
ma colocado no barco est nivelado ao equipamento da
margem, utilizando-se a expresso a seguir:
( )
=
=
=
=
inclinadadistncia'
zenitedopartirangulo
horizontalnadistncia
queem,'
D
D
DsenD
Esse processo pode ser aplicado para o posicionamen-
to do barco ancorado ou em movimento. Nas medies
com barco ancorado, o mesmo equipamento pode
orientar o posicionamento e executar as tomadas de
distncia. Para medies com o barco em movimento,
h necessidade de um segundo teodolito, instalad
preferencialmente na margem oposta, para orientar o
alinhamento da embarcao.
Esse tipo de levantamento necessita de rdio
transmissores como equipamento complementar, para necessria comunicao entre o barco e o operado
do distancimetro.
2.1.4 Posicionamento com DGPS
O posicionamento da embarcao tambm pode se
efetuado por um sistema de posicionamento via satlite
Em hidrometria, utilizado o Sistema de Posicionament
Global Diferencial Sistema DGPS que registr
continuamente a posio da embarcao por meio deuma estao a bordo (mvel). Em terra, nos marcos d
cada estao ou em pontos de coordenada conhecid
ou arbitrada, instala-se a estao-base (Figura 17).
A preciso varia com o tipo de receptor e com o nmero
de satlites observados no momento da medio. O
receptores DGPS modernos proporcionam uma precis
milimtrica para o posicionamento horizontal, e
operao do sistema feita na prpria embarcao. Ap
o ps-processamento dos dados obtidos pelas dua
estaes (base e mvel), as coordenadas da embarca
durante a medio so conhecidas.
Foto:Ma
urcio/BancodeimagensANA
Foto:Bosco/BancodeimagensANA
Figura 17Utilizao DGPS na margem (base) e no barco (mvel).
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Agncia Nacional de guas26
Figura 18
Mtodos de batimetria: Vau, guincho hidromtrico eecobatmetro.
Foto:Maurcio/Banco
deimagensANA
Foto:JosJorge/BancodeimagensANA
Figura 19Ecobatmetro com detalhes do transdutor.
2.2 Levantamento batimtrico
A batimetria da seo transversal consiste em um
levantamento detalhado do relevo da seo molhada,
parte submersa da seo transversal. Operacionalmente,o processo de levantamento depende das condies
locais e pode ser feito Vau, com guincho hidromtrico
e com ecobatmetro.
O processo Vau aplicvel em rios pequenos, no muito
largos e, principalmente, com profundidades inferiores
a 1 m e velocidades abaixo de 1 m/s. O levantamento
consiste do caminhamento na seo com uma mira ou
rgua graduada, levantando a profundidade da vertical
e a distncia da vertical at o PI.
O guincho hidromtrico o processo mais utilizado noBrasil, necessitando de embarcao adequada, sendo
o posicionamento nas verticais feito com cabo de
ao graduado ou pelos mtodos indiretos (sextante,
triangulao ou distancimetro). A profundidade
mxima medida com guincho depende da velocidade
da corrente, mas recomenda-se que seja de no mximo
de 10 m. O peso do lastro varivel com a velocidade
da corrente (quanto mais rpida a corrente, mais pesado
deve ser o lastro), e os lastros com mais de 50 kg no
devem ser manipulados por guinchos manuais.
A ecobatimetria (Figura 18) o mtodo para medir aprofundidade da gua pela medida do intervalo de
tempo necessrio para que ondas sonoras emitidas pelo
aparelho viagem, a uma velocidade conhecida, desde
um ponto determinado (alguns centmetros abaixo do
NA) at o leito do rio, onde so refletidas e voltam at
o equipamento. Os limites de operao variam com o
modelo do equipamento. Existem no mercado diversos
modelos que apresentam facilidades como permitir a
conexo com GPS em tempo real e a gravao dos dados
em meio digital (Figura 19).
A utilizao do ecobatmetro possui vantagens como:
registro contnuo do leito do rio, utilizao em pratica-
mente todas as situaes de velocidades, levantamento
realizado com a embarcao em movimento que permite
inferir sobre a formao do leito.
16o
INSTALAO DOTRANSDUTOR E NGULODO FEIXE DE SINAIS
F
F i h
i
D N A E E
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MEDIO DEDESCARGA
LQUIDA
3
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Agncia Nacional de guas28
A medio de descarga lquida todo processo emprico
conhecimento que provm, sob diversas perspectivas,
da experincia , utilizado para determinar a descarga
lquida de um curso dgua. A vazo ou descarga de um
rio o volume de gua que passa por meio de uma seotransversal em determinada unidade de tempo (em geral
um segundo).
Os valores de vazo medidos em uma seo transversal
so associados a uma cota limnimtrica h (cota da
superfcie livre em relao a um plano de referncia
arbitrrio). Para determinao de uma curva-chave
em determinada seo necessrio conhecer certo
nmero de pares da relao cotavazo medidos em
condies reais.
As curvas-chaves ajustadas para as sees monitoradasnos rios so de grande importncia, pois fornecem
informaes utilizadas constantemente na elaborao
de estudos hidrolgicos que orientam diversos processos
de tomada de deciso, entre eles, anlises de processos
de outorga, definies sobre medidas estruturais e no
estruturais sobre eventos crticos (cheias ou estiagens),
projetos de abastecimento pblico e lanamento de
efluentes domsticos e industriais etc.
Destaca-se que quanto maior a preciso durante a
medio de descarga lquida (vazo), melhor ser oprocesso de tomada de deciso na rea de recursos
hdricos e saneamento ambiental.
Os mtodos mais utilizados para medio de vazo em
grandes rios so:
medio e integrao da distribuio de velocidad
(mtodo convencional);
mtodo acstico.
O mtodo acstico tem sido empregado, nos ltimo
anos, com frequncia por entidades operadoras de
redes de monitoramento hidrolgico, universidades
centros de pesquisa, empresas privadas, e esto sendo
alcanados bons resultados. Entretanto, o mtodo
convencional ainda o mais utilizado nas medies de
descarga lquida em grandes rios.
3.1 Variveis da medio de descargalquida
A medio de vazo envolve uma srie de grandezas ca
ractersticas do escoamento na seo e que podem se
agrupadas em duas grandes categorias:
grandezas geomtricas da seo;
grandezas referentes ao escoamento (velocidad
e vazo).
As principais grandezas de cada categoria, assim como o
smbolos e as unidades mais utilizados em publicaeda rea de recursos hdricos, podem ser verificadas n
Tabela 1 e Tabela 2.
Tabela 1 Grandezas geomtricas da seo.
Grandeza Smbolo Unidade Usual Clculo
rea A m ---
permetro molhado X m ---
raio hidrulico R m R = A/X
largura superficial L m ---
profundidade mdia Pmd m P = A/Lprofundidade mxima P
mx m ---
cota linimtrica h cm ---
ponto inicial da seo transversal PI --- ---
ponto final da seo transversal PF --- ---
distncia entre PI e PF D m ---
Continu
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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios
Tabela 2 Grandezas do escoamento na seo.
Grandeza Smbolo Unidade Usual Clculo
velocidade mdia na seo V m/s Vm = Q/A
vazo total na seo Q m/s ---
vazo em um segmento da seo qi
m/s ---
velocidade em um ponto na vertical vi
m/s ---
velocidade na superfcie vs
m/s ---
velocidade no fundo vf m/s ---velocidade mdia na vertical _v m/s ---
velocidade mdia superficial V sup
m/s ---
vazo unitria q m/s ---
Tanto as grandezas geomtricas quanto as referentes ao
escoamento so definidas em funo do nvel de gua na
seo analisada e, portanto, variam com ele. O plano de
referncia para a cota do nvel da gua, habitualmente
escolhido, o zero da rgua limnimtrica.
Para o emprego do mtodo de medio convencional,
necessria a determinao da velocidade em um nmerorelativamente grande de pontos na seo transversal,
podendo-se realizar a integrao das velocidades por
dois processos:
a) traando, com base nas velocidades medidas, as
curvas de igual velocidadeas istacas, calcula-
se a rea entre istacas consecutivas e multiplica-se
essa rea pelo valor mdio das istacas limtrofes.
Somam-se esses resultados parciais para obter-se
a vazo total;
b) definindo-se na seo uma srie de verticais emedindo-se as velocidades em vrios pontos
situados sobre essas verticais, para ento, com
auxlio do respectivo perfil de velocidade,
determinar a velocidade mdia na vertical.
A velocidade mdia da vertical, multiplicada
por uma rea de influncia igual ao produto
da profundidade na vertical pela soma da
semidistncias das verticais adjacentes, fornec
a vazo parcial (vazo na rea de influncia d
vertical analisada), cuja soma destas parcelas ser
a Vazo Total na seo.
O segundo mtodo o mais utilizado, pois permite
o clculo da vazo por um processo passo a passo, na
prpria caderneta de medio, eliminando o fato
subjetivo do traado das istacas. Entretanto, no primeiro
mtodo, os valores calculados so mais precisos, poi
leva em conta mais adequadamente a variao espacia
da velocidade nas duas dimenses da seo.
3.2 Mtodo convencional com molinetehidromtrico
A medio convencional utilizando o molinete hidrom
trico universalmente utilizada para a determinao d
vazo em cursos de gua naturais e artificiais (canais) e
consiste em determinar a rea da seo e a velocidade
mdia do fluxo que passa na seo.
Grandeza Smbolo Unidade Usual Clculo
distncia entre duas verticais l m ---
distncia da vertical ao PI d m ---
profundidade de um ponto da vertical pi
m ---
profundidade total numa vertical p m ---rea entre duas verticais a --- ---
Continuao
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Agncia Nacional de guas30
A determinao da rea da seo realizada a partir
da medio da abscissa, da profundidade do rio em
um nmero significativo de pontos ao longo da se-
o. Estes pontos definidos ao longo da seo deter-
minam as verticais que ligam a superfcie livre ao fun-
do do rio, e nessas mesmas verticais so realizadas as
medies de velocidade com o molinete hidromtrico
em certo nmero de pontos variando em funo d
profundidade.
A velocidade mdia na vertical determinada geralment
por meio de mtodos analticos.
A Tabela 3 apresenta as frmulas recomendadas em
funo do nmero de medies de velocidade e d
posio (p profundidade).
Tabela3 Frmulas para clculo da velocidade mdia na vertical.
n de pontos Posio na vertical (*) em relao
a profundidade (p)Clculo da velocidade mdia (Vm)
na vertical Profundidade (m)
1 0,6 p Vm = V 0,6
0,15 0,6
2 0,2 e 0,8 p Vm = (V 0,2
+ V0,8
)/2 0,6 1,2
3 0,2; 0,6 e 0,8 p Vm = (V 0,2
+ V0,6
+V0,8
)/4 1,2 2,0
4 0,2; 0,4; 0,6 e 0,8 p Vm = (V 0,2
+V0,4
+V0,6
+V0,8
)/6 2,0 4,0
6 S; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 p e F Vm = [Vs+2(V 0,2
+V0,4
+V0,6
+V0,8
)+Vf ]/10 > 4,0
*Observao: VS velocidade mdia na superfcie e VF velocidadeno fundo do rio.
Figura 20Grandezas necessrias para determinao da descarga lquida.
H COTALINIMTRICA
d = Distncia Horizontal = Largura
p = Distncia Vertical = Profundidade
LARGURA E PROFUNDIDADE SO OSTERMOS GEOMTRICOS DA VAZO
AS VELOCIDADES SOOS TERMOS HIDRULICOS DA VAZO
Vs= Velocidade Superfcie
Vi= Velocidade no Ponto i
Vf= Velocidade do Fundo
Pi
Pt V = Vel. mdia numa Vert.
= queem,
=
=
=
)(mmolhadaseodarea
(m/s)seonaguadamdiavelocidade
/s)(mlquidadescargaouvazo
2
3
A
V
Q
AVQ
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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios
O molinete ao ser adquirido deve vir acompanhado de
um certificado de calibragem contendo a equao a ser
utilizada no clculo das velocidades a partir do nmero
de rotaes por segundo. A relao bsica para o clculo
da velocidade a partir da contagem do nmero derotaes da hlice descrita a seguir:
=
=
=
=
hlicedarotaesdenmero
mediodadurao
molinete)dohlicedafuno-(constantehlicedainrcia
molinete)dohlicedafuno
-(constantehlicedapasso
N
t
b
a
+
= queem,b
t
NaV
As partes integrantes e o princpio de funcionamento do
molinete podem ser visualizados na Figura 21.
fluxo
dgua
1
1
2 2
2 2
2passo hlice corpo
Figura 21Partes do molinete (corpo e hlice) e o passo da hlice
A velocidade do fluxo da gua linearmente proporcional
ao nmero de rotaes da hlice (N), como pode serverificado na Figura 22.
V
N/t
b1
b0
a0
a1
=
==
mediodadurao
hlicedainrcia
hlicedapasso
queem
t
b
a
Figura 22Relao entre a velocidade da gua e as rotaes medidaspelo molinete.
Os passos tericos existentes so:
0,125 m --------- 8 rotaes por segundo se V = 1 m/
0,25 m ---------- 4 rotaes por segundo se V = 1 m/s
0,50 m ---------- 2 rotaes por segundo se V = 1 m/s
1,00 m --------- 1 rotao por segundo se V = 1 m/s
O passo real :
Sempre diferente do passo terico, por exemplo
0,2588 no lugar de 0,25 m;
Determinado em um canal de aferio assim como
a constante b;
Pode ser duplo ou triplo para uma mesma hlice, po
exemplo, 0,2488 para N/t menor ou igual a 1,10
0,2542 para N/t maior que 1,10.
Normalmente, os molinetes so comercializados com
vrias hlices, para diferentes faixas de velocidade.
interessante aferir frequentemente o molinete visand
detectar mudanas em suas caractersticas, a partir d
efeito do atrito do molinete.
Alm do molinete, o contador de rotaes um
equipamento indispensvel nas medies de vazo
Atualmente, usam - se dois tipos de contador:
a) contador acstico e cronmetro;b) contador digital de tempo pr-programado com
parada automtica.
O aparelho registra todas as rotaes do molinete
ajustado para emitir um impulso a cada revoluo. Es
ses impulsos acionam um contador (eletromecnicos ou
eletrnicos) acoplado a um cronmetro de contagem
regressiva. Ajusta-se o tempo desejado para a medi
(em geral 40 segundos), posiciona-se o molinete (pro
fundidade a ser medida a velocidade) e, ao apertar um
boto, o contador de impulsos e o cronmetro so acionados simultaneamente. Aps o tempo pr-programado
o cronmetro regressivo atinge o zero e o contador para
indicando o total de rotaes do molinete no perodo
As frequncias mximas de contagem terica e prtic
podem ser verificadas na Tabela 4.
Fonte:Jaccon,G.(
1984)
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Agncia Nacional de guas32
Tabela 4 Frequncias mximas de contagem tericas e prticas.
Tipo de contador Frequncia terica em impulsos por segundo Frequncia prtica em impulsos por segundo
Sonoro 1 0,5
Mecnico 10 5
Eletrnico 20 10
A seguir so apresentadas figuras com detalhes sobre a estrutura do Guincho, Molinete, Lastro Hidrodinmico, Contado
Digital e Ecobatmetro.
Figura 24Instalao do Ecobatmetro na Lateral do Barco, Contador Digital de Pulsos e Registrador de Dados
do Ecobatmetro.
Figura 23Estrutura do Guincho (Cabo de Ao e Medidor da Profundidade do Molinete) e do Molinete e Lastro(Formato Hidrodinmico)
Foto:Fabrcio/Ba
ncodeimagensANA
Foto:Fabrcio/BancodeimagensANA
Foto:Fabrcio/Ba
ncodeimagensANA
Foto:Fabrcio/BancodeimagensANA
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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios
3.3 Mtodos de clculo: seo mdia emeia seo
O processo numrico de clculo da medio convencional
de descarga lquida com uso de molinete pode ser calculado
em tempo real (caderneta de campo), permitindo uma
verificao dos resultados da medio in loco.
O processo numrico pode ser feito por meio de dois
mtodos: Seo Mdia e Meia Seo.
3.3.1 Seo mdia
No mtodo da Seo Mdia as vazes parciais so
calculadas para cada subseo entre verticais, a partir
da largura, da mdia das profundidades e da mdia das
velocidades entre as verticais envolvidas.d1
PI1
2 3 45
N. A.
a1 a2
v
a3
d2
Figura 25Clculo da seo mdia - Verificao das verticais e reas.
Procedimento para clculo da descarga lquida pelo
Mtodo da Seo Mdia (mdia das velocidades mdiasem verticais subseqentes):
Clculo das velocidades mdias nas verticais, em funo
do mtodo de medio utilizado (2 pontos, detalhada,
etc.), observando as frmulas indicadas na Tabela 3.
Clculo das Velocidades Mdias nos segmentos:
2 2
)( )2()1()1( vvv a += )( )3()2()2( vvv a +=
Clculo das reas dos segmentos:
[ ]2
)(*)( 12121 ppdda +=
[ ])(*)( 23232 ppdda +=2
Clculo das Vazes nos segmentos:
111 *avqaa
=222
*avqaa
=
Clculo da vazo total:
= iqQ
Clculo da rea Total:
= iaA
Clculo da Velocidade Mdia:
A
QV =
Clculo da Largura do rio:
1ddL
n=
Clculo da Profundidade Mdia do rio:
L
AP=
3.3.2 Meia seo
O mtodo da Meia Seo o mais utilizado pelos tcnicodas entidades operadoras da Rede Hidrometeorolgica
pois consiste no clculo das vazes parciais, por meio
da multiplicao da Velocidade Mdia na vertical pelo
produto da profundidade mdia na vertical e pela som
das semidistncias s verticais adjacentes (vazo parcia
determinada para cada regio de influncia de um
determinada vertical).
d1
PI v
1
2 3 45
a1
d2
a3
Figura 26Clculo da meia seo - Verificao das verticais e reas.
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Procedimento para clculo da descarga lquida
pelo Mtodo da Meia Seo (mdia dos segmentos
subseqentes):
Clculo das velocidades mdias nas verticais, em
funo do mtodo de medio utilizado (2 pontos,detalhada, etc.), observando as frmulas indicadas
na Tabela 3.
Clculo das Larguras dos segmentos:
2
)( 122
dd+l
=
2 ;
)( 23 dd
2
)( 233
dd+l
=
2 ;
)( 34 dd etc.
2
)( 132 ddl = )( 243 ddl =
2; ;etc.
Clculo das reas dos segmentos:
222 *pla =
333 *pla =
Clculo das Vazes nos segmentos:
222 *avq
a =
333 *avq
a =
Clculo da vazo total:
= iqQ
Clculo da rea Total:
= iaA
Clculo da Velocidade Mdia:
A
QV =
Clculo da Largura do rio:
1ddL
n=
Clculo da Profundidade Mdia do rio:
L
AP=
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4 CURVA DE
DESCARGALQUIDA (OU
CURVA-CHAVE)
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Agncia Nacional de guas36
Um curso dgua natural constitui-se, do ponto de vista
hidrulico, em um canal de seo transversal varivel,
pelo qual a gua escoa contnua ou intermitentemente.
Portanto, aplicam-se aos rios, as leis da hidrulica em
canais, considerando o escoamento no uniforme e nopermanente.
Para o escoamento no permanente em canais, a relao
entre o nvel de gua e a vazo nunca rigorosamente
unvoca. Entretanto, no caso de rios de leito bem definido,
com sees transversais constantes e declividade forte
(declividade do fundo do canal maior do que 1%o), o
afastamento dos pontos observados em relao curva
de descarga em regime permanente muito pequeno,
inferior mesmo preciso das medidas, o que permite
considerar, para efeitos prticos, como biunvoca a
relao entre o nvel de gua e a vazo.
Denomina-se controle a seo do rio que determina o nvel
dgua para cada vazo. No caso de rios naturais, constitu-
da em geral por um salto, corredeira ou estrangulamento
do rio, de modo que ocorra o escoamento em profundida-
de crtica. O controle nico quando, para qualquer situa-
o de vazo, a seo com escoamento crtico for sempre a
mesma, isso ocorre em geral quando o controle um salto
ou uma corredeira de desnvel grande (Figura 27).
Se o controle for uma corredeira menor, ocorr
frequentemente que, para vazes elevadas, esta fic
afogada por outro controle mais a jusante e, nesse caso
diz-se que o controle no nico (Figura 28).
No caso de estaes de controle varivel, a regio detransio entre os dois controles pode apresentar insta
bilidades, alm de propiciar grandes erros na extrapo
lao quando o trecho da curva, definido por medie
diretas se situar totalmente sob a influncia do prime
ro controle. Por essa razo, sempre vantajoso, quando
possvel, instalar as estaes fluviomtricas a montant
de grandes saltos, garantindo a unicidade de controle.
Deve-se frisar que nenhum processo de extrapolao pod
substituir a realizao de medies diretas para vazes altas
pois esse o nico meio capaz de eliminar, de maneirdefinitiva, as dvidas sobre o traado da curva de descarga
Quando deixam de existir as condies para que um
relao cota-descarga possa ser considerada unvoca
isto , a declividade da superfcie da gua pode varia
para um mesmo nvel de gua, os laos no plano H x Q
se tornam bem ntidos, e o erro resultante da considera
o da curva em regime permanente no mais pode se
aceito (Figura 29).
Figura 27Curva de descarga de controle nico
-5
0
5
10
15
20
25
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Qobs Qcalc.
Seo transversal do RIO
ITUI no local de medio
de vazo (17/02/1995)
Qcalc.= 13,20761*(H+0,464967)1,81563
Seo 17/02/1995
SERINGAL DO ITUI - 10800000
Q (m/s)
Cota(m)
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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios
6
8
10
12
14
16
18
0 100 200 300 400 500 600 700
Qobs Qc alc . S e o 29/8/2002
Seo transversal do RIO
BIA no local de medi o
de vazo (29/8/2002)
Qcalc.= 0,00009*(H+0,54504)6,02147
BARREIRA BRANCA (PCD-SIVAM) - 12230000
Q(m/s)
Cota(m)
Figura 28Curva de descarga com mudana de controle.
A variabilidade da declividade decorre de vrias causas,
tais como:
efeito da passagem de uma onda de cheia (regime
no permanente) em rios de pequena declividade e
controle de canal;
efeito de lagos ou reservatrios a jusante com
nveis variveis;
remanso de auentes a jusante ou da mar no local
da rgua.
Em geral, nesses casos, instalam-se duas rguas a
certa distncia, ambas referidas a uma mesma cota,
cuja leitura simultnea permite obter a declividade d
superfcie da gua.
Em ambas as situaes descritas, com curva d
descarga unvoca ou no, supe-se que a mesm
no se altere com o tempo. Quando, em funo de
eventuais alteraes produzidas no leito do rio, sej
por fenmenos naturais, seja pela ao do homem, relao cota-descarga se modifica no tempo, a curv
de descarga deve ser ajustada para cada perodo d
validade. As alteraes produzidas naturalmente so
em geral, consequncias de enchentes e da retirad
do material do leito do rio.
Figura 29Medies de descarga indicando curva de descarga em lao.
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
EIRUNEPE MONTANTE (PCD SIVA M) 12550000
h (m)
Qmed
Q
(m/s)
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TCNICAS DEMEDIO DA
DESCARGALQUIDA EM
GRANDES RIOS
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Agncia Nacional de guas40
5.1 Mtodo do barco ancorado
A medio utilizando o Mtodo do Barco Ancorado
realizada de forma sucessiva, ou seja, a vrias distncias da
margem, dividindo a seo transversal em trechos, dentro
do alinhamento PI - PF(Ponto Inicial e Final) (Figura 30).
A velocidade na vertical pode ser determinada de
forma integrada (molinete medindo a velocidade de
forma contnua) e a partir de vrios pontos da seo
(molinete medindo a velocidade em cada profundidade
predeterminada velocidade mdia).
As distncias horizontais (margens) so determinadas
com teodolitos, a partir da margem ou com um sextante.
As profundidades so determinadas no prprio barco
durante a medio das velocidades nas verticais,podendo ser determinado pelo comprimento do cabo
de ao em que se encontra afixado o molinete e o lastro
hidrodinmico, alm disso, muito interessante o uso do
ecobatmetro que detalha a seo do rio.
Para aplicao desse mtodo, o nmero de verticais
recomendadas da ordem de 10 a 25, dependendo da
largura do rio, sendo que o fator principal de reparti-
o a geometria da seo transversal como pode ser
verificado na Figura 30.
PI L /1 5 L /3 0 P
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Figura 30Seo de medio com o PI e PF e verticais de medio de
velocidades.
O nmero de pontos por vertical estabelecido em funo
do tipo de medio (Tabela 3). Na medio detalhada, so
medidos no mnimo seis pontos, igualmente distribudos
na vertical, sendo, necessariamente, um ponto prximo
superfcie livre e outro prximo ao fundo do rio; enquanto
no mtodo dos 3 pontos, as medidas so realizada
na vertical a 0,2; 0,6 e 0,8 da profundidade. Portanto
aps a ancoragem do barco na vertical, as velocidade
comeam a ser medidas nas profundidades pr-definidaem funo da profundidade total na vertical e do tipo d
medio (trs pontos, detalhada etc.).
A medio integrada feita com um equipamento
especial no guincho que permite regular a velocidade
de deslocamento do molinete tanto na descida (freio
quanto na subida. A velocidade vertical do molinet
deve ser constante e lenta em relao velocidade d
gua: de 5 a 20 cm/s para um tempo total de medi
necessariamente superior a 100 segundos.
A maior dificuldade durante uma medio com barcoancorado justamente durante as manobras par
ancorar o barco na vertical desejada, posicionamento d
barco, controle dos equipamentos para ancoragem etc
Essas dificuldades so maiores ainda nas verticais com
grandes profundidades e intensas correntezas.
Quando a ancoragem do barco realizada, o tempo tem
pouca importncia, haja vista a lenta variao da Cota L
mnimtrica nos grandes rios. Em consequncia, aconse
lha-se fazer uma medio detalhada na descida do lastro
e uma medio integrada na subida do lastro. A vazo
pode ser calculada por mtodo grfico, usando o planmetro para definio das reas entre as istacas ou pelo
mtodo aritmtico. A rea da seo determinada com
o auxlio do ecobatmetro.
Durante a aplicao deste mtodo, indispensvel anota
o ngulo de arraste do cabo de ao pela correnteza para
cada ponto de medio, procedimento necessrio par
correo dos valores de profundidade medidos. Aconselha
se, tambm, verificar a profundidade total na vertical ante
de puxar a ncora, podendo, dessa forma, comparar o
valores do contador do guincho e do ecobatmetro.A medio pelo Mtodo do Barco Ancorado (Figura 31
permite obter resultados com boa preciso (erro relativ
inferior a 10%), alm disso, pode ser verificado o regime
do rio na seo de medio, e, geralmente, localizar e
corrigir os erros acidentais.
Fonte:Jaccon,G.(
1984)
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Figura 31Procedimentos para ancoramento do barco (operao do guincho, detalhes do suporte eda ncora).
O maior problema deste mtodo encontra-se na
dificuldade ou na impossibilidade de ancorar o barco
em rios muito profundos (profundidades > 30m) e no
risco de acidentes de coliso com materiais flutuantes
(vegetao, madeira etc.).Para o clculo da posio do barco durante a medio, necessria a triangulao da seo de medio em
cada vertical, sendo as coordenadas determinada partir dos ngulos medidos nos dois teodolitos. A fimde exemplificar o clculo da vazo pelo mtodo dobarco ancorado, sero apresentadas, a seguir as Figura32 e 33 e as Tabelas 5, 6, 7 e 8 utilizadas para obtenda vazo lquida, bem como a Figura 34 que apresento perfil transversal da seo obtida pelo Mtodo doBarco Ancorado.
= 79 49 10
= 360 - OBS2PF
Rio Solimes OBS 1 = ngulo medido pelo observador 1OBS 2 = ngulo medido pelo observador 2 = 279 54 38
PI
x
y
x
d y
OBS 2
b = 1131m
= OBS1-
OBS 1
distncia PI - PF = 3243,3 m
d
sen ()b
sen ()
sen ()
sen ()
x = d . cos(y)
y = d . sen(y)
d = b .=
Figura 32Clculo das variveis d, x, y com o barco a jusante da seo transversal PI-PF.
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Agncia Nacional de guas42
Tabela 5Valores medidos de profundidade total e ngulos dos teodolitos para vertical(mtodo do barco ancorado).
Vertical
Obs 2 Obs 1Profundidade Total
(alinhado com PI e PF) (no-alinhado com PI e PF)
grau min seg Decimal grau min seg Decimal (m)
PI - - - - - - - - 12,25
1 359 27 40 359,4611 287 30 40 287,5111 24,50
2 359 55 10 359,9194 292 18 50 292,3139 24,70
3 0 4 50 0,0806 304 27 30 304,4583 24,10
4 0 5 20 0,0889 317 34 10 317,5694 23,30
5 0 0 0 0,0000 327 0 0 327,0000 25,80
Vertical
Obs 2 Obs 1Profundidade Total
(alinhado com PI e PF) (no-alinhado com PI e PF)
grau min seg Decimal grau min seg Decimal (m)
15 0 0 40 0,0111 354 10 0 354,1667 28,30
16 359 58 50 359,9806 356 7 20 356,1222 19,70
17 0 1 40 0,0278 357 0 20 357,0056 16,5018 0 1 0 0,0167 358 4 20 358,0722 12,60
19 359 59 50 359,9972 358 40 0 358,6667 13,90
PF - - - - - - - - 3,10
Valor calculado Valor digitado Valor fixo
y
y x
b=1131m
x
d
Rio Solimes
= Obs 1 -
Obs 1
x = d . cos ()
y = d . sen ()
d
sen()
sen()
sen()_____ = _____ = d = b . ______b
sen()
Obs 2 = PI PF
Figura 33Clculo das variveis d, x, y com o barco a montante da seo transversal PI-PF.
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Tabela 6 Clculo da distncia (d) do barco margem esquerda do rio (mtodo do barco ancorado).
Base (Const Obs 1) (Const Obs 2)
(m) dec dec
1.131,0 279,9106 79,8194
VerticalObs 1 Obs 2 = (Const Obs 1) = Obs2 corrigido Distncia
dec dec dec rad dec rad dec rad (m)
1 287,5111 359,4611 7,6006 0,1327 0,5389 0,0094 92,0411 1,6064 149,6878
2 292,3139 359,9194 12,4033 0,2165 0,0806 0,0014 87,6967 1,5306 243,1264
3 304,4583 0,0806 24,5478 0,4284 0,0806 0,0014 75,7133 1,3214 484,8716
4 317,5694 0,0889 37,6589 0,6573 0,0889 0,0016 62,6106 1,0928 778,2348
5 327,0000 0,0000 47,0894 0,8219 0,0000 0,0000 53,0911 0,9266 1.035,9842
6 332,6778 0,0000 52,7672 0,9210 0,0000 0,0000 47,7133 0,8275 1.223,0606
7 337,6778 359,9278 57,7672 1,0082 0,0722 0,0013 42,3411 0,7390 1.420,3985
8 340,9167 359,9806 61,0061 1,0648 0,0194 0,0003 39,1550 06834 1.556,7110
9 342,0750 0,0111 62,1644 1,0850 0,0111 0,0002 28,0272 0,6637 1.623,4991
10 345,0417 0,1000 65,1311 1,1368 0,1000 0,0017 25,1494 0,6135 1.782,3614
11 348,3389 0,0306 68,4283 1,1943 0,0306 0,0005 31,7828 0,5547 1.996,9287
12 349,7528 0,0167 69,8422 1,2190 0,0167 0,0003 30,3550 0,5298 2.100,9401
13 352,2111 359,9944 72,3006 1,2619 0,0056 0,0001 27,8744 0,4865 2.304,5593
14 352,7639 359,9222 72,8533 1,2715 0,0778 0,0014 27,2494 0,4756 2.360,3682
15 354,1667 0,0111 74,2561 1,2960 0,0111 0,0002 25,9356 0,4527 2.488,9559
16 356,1222 359,9806 76,2117 1,3301 0,0194 0,0003 23,9494 0,4180 2.705,9017
17 357,0056 0,0278 77,0950 1,3456 0,0278 0,0005 23,1133 0,4034 2.808,3801
18 358,0722 0,0167 78,1617 1,3642 0,0167 0,0003 22,0356 0,3846 2.950,4196
19 358,6667 359,9972 78,7561 1,3746 0,0028 0,0000 21,4217 0,3739 3.037,2510
20 359,5639 0,0556 79,6533 1,3902 0,0556 0,0010 20,5828 0,3592 3.164,7743
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Agncia Nacional de guas44
Tabela 7 -Clculo das Coordenadas (x e y) do Barco e Velocidade medida pelo Molinete para a Vertical,profundidade e velocidade integrada (mtodo do barco ancorado).
Rio: Solimes Cota(NA)incio(m) 24/08: 15,51 m Cota(NA)incio(m) 25/08: 15,44 m Cota (NA)media (m): 15,4m
Local: Maracapuru Cota (NA) final (m) 24/08: 15,46 m Cota (NA)final (m) 25/08: 15,4 m
Data: 24 e 25/08/09 Eq. Molinete Para (N/T)
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Tabela 8 Clculo das velocidades mdias, largura (mtodo meia seo), rea, vazo em vertical e total(mtodo do barco ancorado).
Vertical
AbscissaProfundidade
totalProfundidadede medio Veloc.
Veloc.mdia Largura rea Vazo
Estimada Real
(m) (m) (m) (m) (m/s) (m/s) (m) (m2) (m3/s)
PI - 74,841 12,25 - -
0,464
70,5906 432,3674
200,4622
1,19459 516,5007
1 90 149,681 24,50
1 1,108
0,927117,3131 2.874,1698
2.665,1516
5 1,150
9 1,07313 0,971
17 0,888
21 0,721
24,10 0,412
Integrada 2,389 2,389 6.866,8947
20 3.190 3164,773 6,20
1 0,662
0,53199,1245 614,5718
326,12465 0,549
5,80 0,364
Integrada 0,452 0,452 277,8747
PF - 3200,136 3.10 - - 0,265
35,3636 54,8136 14,5435
0,226 12,3918
Total 3.243,3000 78.924,9283
Velocidade mdia Vazo total (m3/s) 87.889,164
rea total(m2) 78.924,928
Vmdia (m/s) 1,114
Velocidade integrada Vazo total (m3/s) 88.708,423
rea total(m2) 78.924,928
Vmdia (m/s) 1,124
Velocidade mdia na prof de 1m 1,2193
Kv (Vmdia-total/Vmdia-1m) 0,9133
Valor calculado Valor digitado Valor fixo
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Agncia Nacional de guas46
Figura 34Perfil transversal da seo obtida pelo Mtodo Barco Ancorado.
5.2 Mtodo dos grandes rios (mtodo barcono ancorado)
Adequado para rios de grande largura que possam
apresentar dificuldades para ancorar o barco ou
riscos operao.
A medio realizada por verticais sucessivas, sem
ancorar o barco para as tomadas de velocidades, sendo
a velocidade mdia de cada vertical obtida usando-
se dois pontos em cada vertical (20% e 80%) ou pelo
processo detalhado.
As tomadas de velocidades medidas pelo molinete
correspondem velocidade do rio em relao ao barco.
A velocidade do barco em relao terra calculada a
partir da distncia percorrida pelo mesmo durante a
tomada de velocidade. O posicionamento do barco
determinado com dois teodolitos no incio e no fim d
cada tomada de velocidade.
As verticais e seu posicionamento so determinado
previamente pelas distncias ao PI (d) e pelos ngulo
formados com a base dos teodolitos instalados no PI(
e Alvo 2 (). Com os ngulos predeterminados, os doi
observadores dos teodolitos, usando rdio, procuram
orientar o piloto da embarcao para que este posicion
o barco no alinhamento PI - PFe nas proximidades d
vertical escolhida, buscando manter o barco na mesm
posio durante as tomadas de velocidade.
Um contador eletrnico de pulsos permite a pr-seleode tempo (40 s), emitindo um sinal sonoro quando
faltam 10 segundos para a contagem final do tempo
fazendo com que, nesse perodo de alerta, os observa
dores fiquem atentos ao sinal ou topfinal para leitur
dos ngulos (Figura 37).
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000
Pro fund idade Tota l NA Abscissa (m) - ME do lado esquerdo e MD do lado direito
Profundidade(m
)
Perfil Transversal da Seo de Mediao de Descarga Lquida - Manacapuru - rio Solimes (AM)
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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios
Fonte:Jaccon,G.(
1984)
=
=
=
=
+==
=
=
=
medida pelo molinete
componente longitudinal da velocidade
velocidade medida pelo molinete
barcodo
componente longitudinal da velocidade
velocidade do barco
)(velocidade do rio
pontonovelocidadesdetomada
dafinalnobarcodocoordenadas,
pontonovelocidadesdetomada
daincionobarcodoscoordenada,
seo de medio,
Lm
m
Lb
b
LmLbii
FF
II
V
V
V
V
VVVV
YX
YX
PFPI
Y
x
YF
YI
PIxIxF
vi
VLb
VLm
Fluxo da corrente
Vb
vm
PF
Figura 35Parmetros para clculo da vazo pelo mtodo dos grandes rios.
Deve-se evitar qualquer mudana de direo o
acelerao do barco durante as tomadas de velocidade
fundamental que as leituras nos teodolitos pelo
observadores coincidam exatamente com o incio e
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