Hidrologia - Apostilas - Engenharia Ambiental_Part2, Notas de estudo de Sociedade e Meio Ambiente
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Apostilas de Engenharia Agrícola e Ambiental sobre o estudo da Hidrologia, Meio Ambiente e os recursos naturais, Cronologia do desenvolvimento da teoria hidrológica, Aquecimento desigual da superfície da Terra.
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Geral.PDF

4-4

CLASSIFICAÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA.

Perenes – São aqueles que têm água o tempo todo. A cota do lençol freático é sempre maior que a cota do talvegue (lugar geométrico dos pontos de menor cota).

Intermitentes – Nesses rios, em determinadas épocas, a cota do lençol freático fica abaixo da cota do talvegue.

Efêmeros – São rios cujo escoamento está diretamente relacionado com a chuva. Ou seja, só têm água durante, e até pouco após o fim da chuva.

RIO PERENE RIO INTERMITENTE RIO EFÊMERO

ORDEM DOS CURSOS D’ÁGUA:

Critério de Horton/Strahler : “Dois canais de ordem n unem-se para formar um canal de ordem n+1.”

5-1

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BACIA HIDROGRÁFICA

Área de drenagem, (A):

Definição: A área de drenagem de uma bacia é a área plana (projeção horizontal) dentro do divisor topográfico. A forma superficial está relacionada ao tempo de concentração.

Tempo de concentração, (tc):

Definição: É o tempo a partir do início da precipitação, necessário para que toda a bacia contribua na seção em estudo ou, em outras palavras, o tempo que leva a água dos limites da bacia para chegar à saída da mesma.

Sistema de drenagem, (Rede Potamográfica):

Definição: É constituído pelo rio principal e seus tributários. O estudo dessas ramificações e do desenvolvimento do sistema é de grande importância, pois este indica a maior ou menor velocidade com que a água sai de uma bacia hidrográfica.

Densidade de drenagem, (Dd):

Definição: É um índice que mostra a eficiência da drenagem da bacia.

A L

Dd = ; onde:

L − comprimento total de todos os cursos d’água, A − Área plana da bacia.

FORMA DA BACIA

Coeficiente de compacidade, (Kc):

Definição: É a relação entre o perímetro da bacia e a circunferência de um círculo de área igual à da bacia.

como; 2RA Π= ; área de um círculo RC Π= 2 ; circunferência

Π =

A R ; mas, como

A

P

A

P

A

P

A

P R

P KC

545,377,122 2

2 =

× =

Π =

Π Π

= Π

= , logo,

A

P KC 28,0=

Obs.: Uma bacia com forma mais alongada tem uma probabilidade menor de ter cheias, pois é, também, menor a probabilidade de toda a tormenta precipitar dentro da bacia.

5-2

Fator de forma (Kf)

Definição: É a relação entre a largura média ( )L , obtida quando se divide a área pelo comprimento da bacia, e o comprimento do curso d’água mais longo, desde a desembocadura até a cabeceira mais distante na bacia ( )L .

L A

L = ; donde 2L A

K f =

OBS.: Uma bacia com um fator de forma baixo é menos sujeita a enchentes que outra de mesma área porém com maior fator de forma. Isto se deve ao fato de que em uma bacia estreita e longa, com fator de forma baixo, há menos possibilidade de ocorrência de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda sua extensão; e também, em uma tal bacia a contribuição dos tributários atinge o curso d’água principal em vários pontos ao longo do mesmo, afastando-se, portanto, da condição ideal, para cheias, de bacia circular.

RELEVO DA BACIA

O relevo de uma bacia hidrográfica tem grande influência sobre os fatores meteorológicos e hidrológicos.

♦ Velocidade do escoamento superficial ⇒ f (declividade do terreno); ♦ Temperatura/Precipitação/Evaporação ⇒ f (altitude da bacia).

Obs.: Deve-se desprezar os trechos extremos se estes apresentarem declividades discrepantemente altas (cabeceiras) ou muito baixas (perto da seção de saída).

Declividade de álveo

Definição: É a razão entre a diferença de altitude de dois pontos e a distância horizontal, medida pelo perfil, entre eles.

l h

S ∆ ∆=

5-3

Declividade média da bacia, ( )S

An

a

S i

n

i i

=

Ι∆

= 1 ω

; onde:

♦ Ι∆ → diferença de altitude padrão entre duas curvas de nível; ♦ → largura entre duas curvas de nível, ao longo do rio; ♦ ia → área, na bacia, entre duas curvas nível; ♦ A → área total da bacia; ♦ n → número de intervalos de curva de nível.

As características do relevo têm grande influência sobre os fatores meteorológicos e hidrológicos, pois é a declividade do terreno que influi mais diretamente na velocidade do escoamento superficial. A temperatura, a evaporação e a precipitação são funções da altitude da bacia. Aqui devemos recordar que a umidade se distribui na atmosfera segundo um gradiente hidráulico.

FEIÇÕES FLUVIAIS

Os rios são uma das maiores forças que modelam a paisagem. Próximo às nascentes, a declividade do rio é alta. Ele escava seu canal, formando vales em forma de V e profundas gargantas. Quedas-d’água e cachoeiras se formam onde o rio deixa atrás rochas resistentes e passa a escoar sobre rochas friáveis, mais facilmente erodidas.

Mais a jusante, podem formar-se meandros e a erosão lateral predomina, dando origem a um vale fluvial amplo. Por vezes o rio corta o colo de um meandro e forma um lago de meandro abandonado. Os sedimentos depositados no fundo do vale pelos rios meandrantes e durante as cheias ajudam a formar a

5-4

planície de inundação. As cheias também podem depositar sedimentos nas margens dos rios, dando origem aos diques marginais.

Quando um rio deságua no mar ou em um lago, deposita grandes quantidades de sedimentos e pode formar um delta. Um delta é um conjunto de barras de areia, pântanos e lagoas através dos quais o rio flui em diversos canais chamados distributários  o Delta do Parnaíba, por exemplo. Com freqüência o aumento do nível do mar pode invadir a desembocadura do rio e formar um amplo estuário, uma seção influenciada pelas marés, onde a água do mar mistura-se com a água doce.

GRAN CANYON

O VAPOR “ARABIA

Em 1856 o navio a vapor ARABIA, que fazia o transporte de passageiros ao longo dos rio Missouri, chocou-se com um tronco de árvore que flutuava pouco abaixo da superfície, a violencia do impacto provocou um enorme buraco no casco da embarcação, que não possuindo compartimentos estanques, nafragou em minutos.

Por sorte, a profundidade do rio não era muito grande e o barco apoiou-se sobre o lodo do fundo, o que permitiu que todos fossem evacuados. No dia seguinte, apenas as partes superiores da embarcação eram visíveis e em pouco mais de uma semana, o barco desapareceu completamente.

5-5

Começou a correr a estória que muitos dos passageiros voltavam da corrida do ouro na Califórnia que haveria uma fortuna a bordo do barco. Muitos tentaram recuperar a carga e os valores deixados a bordo, mas, com a tecnologia da época isto não era possível.

Passados muito anos, um século, e depois de várias tentativas frustadas, em 1987 foi iniciado um projeto para encontrar o “Arabia”. Com tecnologia moderna e com maior compreensão do transporte de sedimentos pelo rio, foi possível localizar o barco e, eventualmente, retirá-lo.

O Arabia foi encontardo no meio de um milharal, 800 metros a leste da margem do rio e a uma profundidade de 15 metros. O trabalho de retirada da embarcação durou 18 meses.

Hoje o “Arabia” está aberto para visitação pública, como uma espécie de capsula do tempo, no “Mercado Histórico do Rio”, na cidade de Kansas City, onde é possível ver como se vivia naquela época (“frontier

life”).

O VAPOR “ARABIA

O SALVAMENTO

Nessa estória, pode-se perceber a enorme quantidade de sedimentos que um rio pode transportar, além da capacidade erosiva de uma corrente. O leito do rio Missouri estará sempre em movimento, regido pelas cheias naturais e por intervenções antrópicas.

Arabia Steamboat Museum - 400 Grand Blvd - Kansas City, Mo. 64106, USA - (816) 471-1856

6-1

PLUVIOMETRIA

PRECIPITAÇÃO

Definição: Entende-se por precipitação a água proveniente do vapor d’água da atmosfera depositada na superfície terrestre.

Desde o instante da sua formação até atingir o solo, a precipitação é estudada pela METEOROLOGIA. Mas, a partir do instante em que atinge o solo, ela torna-se um elemento básico para a HIDROLOGIA.

“A precipitação é a entrada do sistema hidrológico”

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS :

• Total

• Duração

§ Temporal

• Distribuição

§ Espacial

“A ocorrência da precipitação é um processo aleatório que não permite uma previsão determinística com grande antecedência.”

6-2

PRINCIPAIS APARELHOS DE M EDIÇÃO DE CHUVA

♦ Para medida de chuva são utilizados, principalmente, pluviômetros, pluviógrafos e radares meteorológicos.

Obs.: Este instrumento capta a precipitação através de um orifício localizado no centro e no fundo de um

TIPPING BUCKET

Este instrumento capta a precipitação através de um orifício localizado no centro e no fundo de um recipiente com superfície côncava. A altura de chuva acumulada no orifício é calibrada e toda vez que for alcançada um mecanismo permite a passagem de um volume pré- determinado de água.

Um sensor magnético, acoplado ao mecanismo de passagem, dispara um sinal sempre que há passagem de água. Essa passagem é registrada como pulso, através de dispositivo eletrônico, tipo “data-log”.

MEDIDAS PLUVIOMÉTRICAS

Altura de chuva,(h)– é a espessura média da lâmina de água precipitada que recobriria a região atingida pela precipitação, admitindo-se que nessa região não se infiltrasse, não se

evaporasse, e nem se escoasse fora dos limites da região (mm). (h=1 mm ⇒ 1 l/m2 )

Duração, (td) – É o intervalo de tempo durante o qual se considera a ocorrência de chuva (minutos, horas).

Intensidade, (i) – É a relação entre a altura pluviométrica e a duração da precipitação (mm/h, mm/min).

6-3

ALGUNS APARELHOS DE MEDIÇÃO DE CHUVA

PLUVIÓGRAFO PLUVIÔMETRO

A SAÍDA GRÁFICA DE UM PLUVIÓGRAFO

6-4

6-5

PROCESSAMENTO DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS :

Detecção de erros grosseiros Preenchimentos de falhas Verificação da homogeneidade

DETECÇÃO DE ERROS GROSSEIROS:

Valores absurdos (inesperados), dias inexistentes (30/Fev, 31/Abr), precisão em desacordo com a escala.

Erros sistemáticos:

Vazamentos Entupimentos Fora do padrão

Erros acidentais :

Vento forte (chuva quasi-horizontal) Transbordamento

PREENCHIMENTO DE FALHAS (MÉTODO DA PONDERAÇÃO REGIONAL):

Muitas vezes as estações pluviométricas apresentam falhas em seus registros, devido à ausência do observador, ou por defeito no aparelho, que pode não ter feito o registro ou feito um registro suspeito, falho.

OBS.: Tomar cuidado para pegar dados de pluviômetros, não só próximos mas, principalmente, da mesma região meteorológica, para preencher a falha de um outro aparelho.

a) Escolhe-se três estações localizadas o mais próximo possível da estação em questão, na mesma região meteorológica.

b) Determina-se Px pela média ponderada dos registros, de pelo menos, três das estações vizinhas.

6-6

Exemplo:

Ano A B C D 1965 284.60 232.00 289.60 216.60 1966 129.00 139.00 122.70 117.50 1967 95.80 96.60 100.20 97.80 1968 89.80 80.00 92.70 131.10 1969 129.20 124.50 128.70 118.80 1970 158.60 149.80 174.60 150.00 1971 153.20 147.30 163.40 140.40 Média 148.60 138.46 153.13 140.18

 

  

 ×+×+×= 70,92 13,153 18,140

00,80 46,138 18,140

80,89 60,148 18,140

3 1

xP

52,83=xP

VERIFICAÇÃO DA HOMOGENEIDADE DOS DADOS (ANÁLISE DE CONSISTÊNCIA): MÉTODO DA DUPLA MASSA  (USGS)

O objetivo é examinar séries mensais ou anuais para verificar se houve alguma anormalidade durante a operação da estação.

O método consiste em construir-se uma curva dupla cumulativa, na qual são relacionados os totais anuais (mensais) acumulados de um determinado posto e a média acumulada dos totais anuais (mensais) de todos os postos da região, considerada homogênea sob o ponto de vista meteorológico.

Se os valores do posto a consistir são proporcionais aos observados na base de comparação, os pontos devem alinhar-se segundo uma única reta. A declividade da reta determina o fator de proporcionalidade entre ambas as séries.

ANO Média dos Postos Y

Média dos Postos YAcumulado

Posto Examinado X

Posto Examinado XAcumulado

1965 22 22 30 30 1966 30 52 50 80 1967 60 112 70 150 1968 70 182 78 228 1969 86 268 83 311 1970 66 334 71 382

6-7

Quando o gráfico anterior formar uma reta quer dizer que o posto pertence àquela região meteorológica.

CASOS TÍPICOS:

OK! • Série de valores proporcionais, homogênea; • Série confiável.

Pode estar correto! • Erros sistemáticos; • Mudança nas condições de observação; • Existência de uma causa física real; por exemplo : presença de um reservatório artificial e mudança no microclima. • Pode ter ocorrido mudança de localização dos postos.

Pode-se modificar a reta dependendo do segmento que se considerou mais correto

Não está correto!

6-8

• Possíveis erros de transcrição; • Talvez os postos pertençam a regiões

meteorológicas diferentes.

Não está correto! • Postos em regiões meteorológicas diferentes.

CORREÇÃO DOS DADOS (CASO 2):

a) Passar os valores mais antigos para a tendência atual.

b) Passar os dados mais recentes para a tendência antiga.

( )*ao o

a ac PPM

M PP −+=

onde:

Pc = Precipitação acumulada ajustada à tendência desejada. Pa* = Valor da ordenada correspondente à interseção das duas tendências. Ma = Coeficiente angular da tendência desejada. Mo = Coeficiente angular da tendência a corrigir. Po = Valor acumulado a ser corrigido.

6-9

Roteiro para obtenção de dados hidrometeorológicos através do Banca de Dados  HidroWeb, da Agência Nacional de Águas  ANA.

COLOCAR O CÓDIGO DO POSTO

Clique após em LISTAR

6-10

Clique em cima do codigo

Neste posto existem dados de chuva. Para acessá-los, clique em arquivo access (fornece os dados no programa access) ou arquivo texto (fornece os dados num bloco de dados). Vale lembrar, que caso não apareça nada neste quadrinho escrito “chuvas”, é porque o posto não possui dados.

6-11

NESTE CASO, PEDI PARA LISTAR OS DADOS EM ACCESS:

SÍTIOS DE INTERESSE:

de algumas das principais agencias brasileiras que medem de precipitação:

ANA  Agência Nacional de Águas. [http://hidroweb.ana.gov.br] CPRM  Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais. [http://www.cprm.gov.br] INMET  Instituto de Meteorologia  Ministério da Agricultura.[http://www.inmet.gov.br] CPTEC  Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos. [http://www.cptec.inpe.br]

7-1

PRECIPITAÇÃO MÉDIA (CHUVA EQUIVALENTE)

PRECIPITAÇÃO MÉDIA

Definição: Aceita-se a Precipitação Média como sendo uma lâmina de água de altura uniforme sobre toda a área considerada associada a um período de tempo dado. (hora, dia, mês, ano).

Obs.: Isto é uma abstração, a chuva real não obedece a distribuições espaciais e/ou temporais conhecidas. É um fenômeno aleatório.

O Método da Média Aritmética - Todos os pluviômetros têm a mesma importância.

n

P P

n

i i

m

∑ == 1

onde, n = número de pluviômetros

O Método de Thiessen

( )

=

== n

i i

n

i ii

m

A

AP P

1

1

onde, n = número de pluviômetros

O método consiste em atribuir um fator de peso aos totais precipitados em cada aparelho, proporcionais à área de influência de cada aparelho.

Essas áreas de influência (peso) são determinadas em mapas, unindo-se os postos adjacentes por linhas retas e, em seguida traçando-se mediatrizes dessas retas formando polígonos. Os lados dos polígonos são os limites das áreas de influência de cada posto.

Obs.: Embora mais preciso do que o método aritmético, também apresenta limitações, pois não considera as influências orográficas.

7-2

Área Altura de POSTO Km2 Chuva (mm)

Belo Horizonte 16,50 6 99,00 Santa Bárbara 1117,20 26 29047,20 Rio Piracicaba 801,90 62 49717,80 Nova Era 656,70 43 28238,1 Antonio Dias 669,00, 16 10704,0 Cel. Fabriciano 272,25 10 2722,5 Pres. Vargas 437,25 17 7433,25 Cubas 136,95 8 1095,6 S. J. Goiabal 209,55 26 5448,3 D. Silvério 227,70 52 11840,4 Ouro Preto 255,80 13 3325,40

Σ 4800,80 Σ 149671,55

Pm = 149.671,55 / 4800,80 = 31,18 mm

7-3

O Método das Isoietas

ISOIETAS Definição: São curvas traçadas sobre mapas que representam linhas de igual precipitação. O traçado dessas curvas é semelhante ao das curvas de nível, onde a altura de chuva substitui a cota do terreno.

A precipitação média sobre uma área é calculada ponderando-se a precipitação média entre isoietas sucessivas, (normalmente fazendo a média dos valores de duas isoietas) pela área entre as isoietas, totalizando-se esse produto e dividindo-se pela área total.

Obs.: A precisão do método depende muito da habilidade do analista.

∑ −

=

=

+   

  +

= 1

1

1

1

1

2 n

i i

i

n

i

ii

m

A

A hh

P

n – Número de isoietas.

7-5

Obs.: Os mapas mostram, claramente, que em termos de disponibilidade de água de chuva, o que importa é o volume de água precipitada (altura de chuva). Segundo o mapa, na região do polígono das secas, o número de dias com chuva, não é muito menor do que, por exemplo, na Amazônia.

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