BACIA HIDROGRÁFICABACIA HIDROGRÁFICA ST 306 – PROF. HIROSHIST 306 – PROF. HIROSHI

ESPIGÃO : Divisor topográfico ou divisor de águas.Divisor topográfico ou divisor de águas.TALVEGUE :TALVEGUE : É o canal coletor da bacia (álveo).É o canal coletor da bacia (álveo). PONTO DE PROJETO : Local da medição da vazão (P.p.).Local da medição da vazão (P.p.). DECLIVIDADE MÉDIA :Inclinação média do talvegue (i).Inclinação média do talvegue (i).¨Run-off¨: Coeficiente de escoamento superficial (c).Coeficiente de escoamento superficial (c).

TIPOS DE TALVEGUES E REGIMES DE FLUXO

PERENE: VazãoVazão fluente o ano todo.fluente o ano todo.

INTERMITENTE:INTERMITENTE:VazãoVazão fluente nos períodos chuvosos.fluente nos períodos chuvosos.

EFÊMERO:EFÊMERO:VazãoVazão fluente durante e logo após as chuvas.fluente durante e logo após as chuvas.

C A R A C T E R Ì S T I C A S F Í S C A R A C T E R Ì S T I C A S F Í S I C A SI C A S

ÁREA DE DRENAGEMÁREA DE DRENAGEM - - S (Km²)S (Km²)

PlanímetroPlanímetro : : ((mecânicamentemecânicamente) )

CoordenadasCoordenadas : : ((analíticamenteanalíticamente))

VetorizaçãoVetorização ::

Medir as coordenadas gráficamente em escala, Medir as coordenadas gráficamente em escala, lançar em sistema Auto-Cad, ou planilhar e lançar em sistema Auto-Cad, ou planilhar e determinar a área pela fórmula de Gauss.determinar a área pela fórmula de Gauss.

GaussGauss ::

|| ∑ X . Y ∑ X . Y || - - || ∑ Y . X ∑ Y . X || SS == ------------------------ ------------------------ 22

PERÍMETRO DA BACIA HIDROGRÁFICAPERÍMETRO DA BACIA HIDROGRÁFICA

É o comprimento linear do espigão ou É o comprimento linear do espigão ou divisor topográfico ( Km. ), que divisor topográfico ( Km. ), que pode ser determinado através de um pode ser determinado através de um curvímetro ou analíticamente por curvímetro ou analíticamente por coordenadas, ou até mesmo de coordenadas, ou até mesmo de maneira gráfica, sempre obedecendo a maneira gráfica, sempre obedecendo a escala do desenho da bacia escala do desenho da bacia hidrográficahidrográfica..

KcKc = Coeficiente de compacidade = Coeficiente de compacidade

Relaciona o perímetro da Bacia Hidrográfica com uma Relaciona o perímetro da Bacia Hidrográfica com uma

circunferência de área igual ao da bacia hidrográficacircunferência de área igual ao da bacia hidrográfica

P ( Km.)P ( Km.) Kc Kc = ------------= ------------

2 ∏ R2 ∏ R

S = ∏ R²S = ∏ R²

ss RR = = √ ----√ ---- ∏∏

Quando Kc tender a 1, há maior risco de cheias (bacia circular)Quando Kc tender a 1, há maior risco de cheias (bacia circular)

√√

F A T O R D E F O R M A “ K fF A T O R D E F O R M A “ K f ”” __

L L (Km) KF = -----------------KF = -----------------

L (Axial) L (Axial) (Km)

__ L L (Km) = Largura média da bacia hidrográfica;

L (Axial) L (Axial) (Km) = Comprimento longitudinal do talvegue principal

__ s s (Km) (Km) LL (Km) = ------------ L (Km)(Km)

Escoamento SuperficialEscoamento Superficial Fatores InfluentesFatores Influentes:: Climáticos Regionais:Climáticos Regionais: Regime de chuva;Regime de chuva; Época do ano -primaveraÉpoca do ano -primavera

-verão-verão -outono-outono

Limeira:Limeira: Precipitação média de 1400 mm./ano Precipitação média de 1400 mm./ano

Relevo:Relevo: - geografia - localização tropical - geografia - localização tropical - topografia – onduladas com colinas- topografia – onduladas com colinas - geologia - formação tubarão- geologia - formação tubarão - ocupação e uso do solo – culturas perenes- ocupação e uso do solo – culturas perenes

Chuvas antecedentesChuvas antecedentes – – Períodos chuvosos tendem a Períodos chuvosos tendem a saturar o solo, ocasionando fluxo superficial erosivo quando saturar o solo, ocasionando fluxo superficial erosivo quando sem controle racional ou sistematizado. sem controle racional ou sistematizado.

F A T O R E S F I S I O G R Á F I C O SF A T O R E S F I S I O G R Á F I C O S Forma da bacia hidrográfica:Forma da bacia hidrográfica: Circular:Circular: maior tendência de cheiasmaior tendência de cheias Alongada:Alongada: menor tendência de cheiasmenor tendência de cheias

Permeabilidade do solo : Permeabilidade do solo : Tipo de solo e sub-soloTipo de solo e sub-solo Interceptações:Interceptações: barragens e lagos naturaisbarragens e lagos naturais

canais e gargantas naturaiscanais e gargantas naturais retificações dos cursosretificações dos cursos

meandros naturaismeandros naturais

Declividade:Declividade: Q = S Q = S xx V V maior declive –maior declive – velocidade maiorvelocidade maior

menor declive –menor declive – velocidade menorvelocidade menor

C : C : Coef. de escoamento superficial“run-off”Coef. de escoamento superficial“run-off”

C = C = ____Volume escoado__Volume escoado__ Volume precipitadoVolume precipitado

TcTc: tempo de concentração:: tempo de concentração:

““Duração da chuva para que toda B.H passe a contribuir no Duração da chuva para que toda B.H passe a contribuir no ponto em estudo”ponto em estudo”

““É o tempo de duração para que a chuva que caiu no ponto É o tempo de duração para que a chuva que caiu no ponto mais distante da B.H. passe escoando pelo ponto de análise mais distante da B.H. passe escoando pelo ponto de análise (P.p.)”(P.p.)”

Depende de:Depende de:− Área da B.H.Área da B.H.− FormaForma− DeclividadeDeclividade− Tortuosidade do talvegueTortuosidade do talvegue− Cobertura Cobertura

Fórmulas empíricas:Fórmulas empíricas:

Tc = Tc = 4,54 4,54 √ A√ A (ventura)(ventura)““Válida para regiões planas”Válida para regiões planas”

TcTc = = 7,63 √ A7,63 √ A (ventura) (ventura) II

““Válida para regiões com declives”Válida para regiões com declives”

TcTc = = 345,6 √ A.I345,6 √ A.I (passini)(passini)

Onde :Onde :

A A = ÁREA DA BACIA HIDROGRÁFICA= ÁREA DA BACIA HIDROGRÁFICA

Tc Tc =TEMPO DE CONCENTRAÇÃO=TEMPO DE CONCENTRAÇÃO

I I =DECLIVIDADE =DECLIVIDADE

I I = m/= m/10001000

TcTc== 57(L 57(L33/H) 0,385/H) 0,385 com tc em minutoscom tc em minutos

LL== Comprimento do talvegue (Km)Comprimento do talvegue (Km)

HH== Comprimento médioComprimento médio

Esta fórmula vale para bacias com área até Esta fórmula vale para bacias com área até 100 hectares100 hectares (Kirpich) (Kirpich)

Período de retorno Período de retorno “T”“T”

11

T T = -------= -------

FF

ExEx: para m = : para m = 1919

n n == 4040

m m == 1919

F F == m m = = 1919 = = 0,4750,475 F% F% == 47,547,5

nn = 40 = 40

Há probabilidade de Há probabilidade de 47,547,5%% de ocorrer a de ocorrer a

chuva de chuva de 78,578,5 mm com duração igual a mm com duração igual a 2424

horashoras ou ser superada pelo menos uma ou ser superada pelo menos uma

vez num ano qualquer.vez num ano qualquer.

Se Se TT = 1 = 1 TT = 2 anos = 2 anos

F = ______________F = ______________

ObsObs: Utilizar sempre um número inteiro : Utilizar sempre um número inteiro com aproximaçãocom aproximação

Como exemploComo exemplo: : TT = 3,6 anos = 3,6 anos TT = 4 anos = 4 anos

Interpretação: teremos Interpretação: teremos 47,547,5%% de risco de de risco de “ocorrer”“ocorrer” num ano qualquer num ano qualquer teremos teremos 52,5%52,5% de probabilidade de de probabilidade de ““não não ocorrer”ocorrer”

RESUMO:

1 Com pequenos períodos de retorno, sempre haverá maior risco de ocorrência da chuva num ano qualquer e é válido para obras de pequeno custo e pequeno alcance

2 Com o período de retorno maior, o risco de ocorrência da chuva de projeto num ano qualquer será menor e é valido para obras de alto custo e grande alcance

Obs: O qual período de retorno adotar ???“Considerar sempre o custo e benefício”

Ex: A vida útil ou alcance da obra é de 3 anos Período de retorno T = 5 anos

P = (1- (1-1)n).100 -----------------

TOnde:P = probabilidadeT = período de retornon = vida útil da obra

P = (1-(1-1)3).100 = 48,8% 5

→ Para Para “G.A.P” “G.A.P” : adotar : adotar T = 10 anosT = 10 anos

Qual a probabilidade de uma chuva de Qual a probabilidade de uma chuva de 75,1075,10 mm mm ocorrer em 5 anos?ocorrer em 5 anos?

P = (1-(1-1)5).100 P = 41%P = (1-(1-1)5).100 P = 41%

Obs:Obs: Em projetos macros ou de grande alcance como Em projetos macros ou de grande alcance como pontes, barragens, grandes canais urbanos, por pontes, barragens, grandes canais urbanos, por recomendação ou requisito do recomendação ou requisito do “D.A.E.E.”“D.A.E.E.” recomenda recomenda T=100anosT=100anos..

Alguns valores de Alguns valores de TT para pequenas obras para pequenas obras

((Viessman 1977Viessman 1977))

Drenagem rodoviáriaDrenagem rodoviária 10 a 50 anos 10 a 50 anos

Aeroporto (pista)Aeroporto (pista) 5 anos 5 anos

Drenagem pluvial urbanaDrenagem pluvial urbana 2 a 10 anos 2 a 10 anos

Pequenas barragens (diques)Pequenas barragens (diques) 2 a 50 anos 2 a 50 anos

Drenagem agrícolaDrenagem agrícola 5 a 50 anos 5 a 50 anos

II = intensidade das chuvas = intensidade das chuvas− É a medida quantitativa de chuva precipitada sobre É a medida quantitativa de chuva precipitada sobre

uma área em determinado período de tempo.uma área em determinado período de tempo.− Convencionalmente a área é fixada em m²,Convencionalmente a área é fixada em m², e a altura e a altura

pluviométrica em mm.pluviométrica em mm.

ExemploExemplo : :

Choveu Choveu 2,4mm2,4mm em em 24 horas24 horas significa que choveu significa que choveu 2,42,4 litros em litros em 1 metro quadrado1 metro quadrado

Chuva com índice agrícola = 10mmChuva com índice agrícola = 10mm

Duração da chuvaDuração da chuva:: “É o tempo cronológico entre o cair das primeiras gotas ( início

da chuva) até as últimas gotas (fim da chuva)”

→ Os dados mais confiáveis são obtidos através do Os dados mais confiáveis são obtidos através do pluviógrafo.pluviógrafo.

Obs:Obs: Chuvas de curta duração e grande intensidade são as Chuvas de curta duração e grande intensidade são as

mais preocupantes, e consideráveis em projetos mais preocupantes, e consideráveis em projetos de drenagem superficial.de drenagem superficial.

““São provocadas por nuvens cúmulos-nimbos, São provocadas por nuvens cúmulos-nimbos, típicas chuvas convectivas ou chuvas de verão”típicas chuvas convectivas ou chuvas de verão”

““Ocorrem geralmente nas pré-frontais nas Ocorrem geralmente nas pré-frontais nas estações do estações do “Outono e primavera”.“Outono e primavera”.

““Chuvas frontais”:Chuvas frontais”: Na vanguarda e no domínio das Na vanguarda e no domínio das frentes frias com chuvas leves e intermitentes de longa frentes frias com chuvas leves e intermitentes de longa duração,às vezes duram de 4 a 6 dias em situações duração,às vezes duram de 4 a 6 dias em situações estacionárias ou com atividade do el niño.estacionárias ou com atividade do el niño.

ENSO:ENSO: el niño southern oscilationel niño southern oscilation““Aquecimento anormal das águas do pacífico na costa Aquecimento anormal das águas do pacífico na costa Peruana e Equatoriana, a alterando a direção dos Peruana e Equatoriana, a alterando a direção dos ventos alíseos”ventos alíseos”

ENSO:ENSO: el niño southern oscilationel niño southern oscilation

““Aquecimento anormal das águas do Aquecimento anormal das águas do pacífico na costa Peruana e pacífico na costa Peruana e Equatoriana, a alterando a direção dos Equatoriana, a alterando a direção dos ventos alíseos”ventos alíseos”

Provocando chuvas intensas na América do Provocando chuvas intensas na América do Sul “Brasil Norte” e falta de chuvas no Sul “Brasil Norte” e falta de chuvas no “Brasil Sul”.“Brasil Sul”.

La niña: efeito inverso do el niño.La niña: efeito inverso do el niño.

− Equação de Limeira:Equação de Limeira: Dirceu Brasil VieiraDirceu Brasil Vieira

i = i = 77,56 . T 77,56 . T 0,17260,1726

(Tc+25)(Tc+25)1,087.T1,087.T0,00560,0056

− Equação de Campinas:Equação de Campinas:

i = i = 2524,9.T2524,9.T0,1360,136

(Tc+20)(Tc+20)0,948.T0,948.T-0,007-0,007

− Equação de São Carlos :Equação de São Carlos :− i = i = 1681,8.T1681,8.T0,1990,199

Tc+16)Tc+16)0,9360,936

Equação de intensidade:Equação de intensidade:

São equações regionalizadas levando em São equações regionalizadas levando em consideraconsideração os dados pluviométricos ção os dados pluviométricos regionais, com as frequências de regionais, com as frequências de ocorrências pluviométricas para ocorrências pluviométricas para equacionar e definir o regime equacionar e definir o regime pluviométrico regional.pluviométrico regional.

MÉTODO DE CÁLCULO DA VAZÃOMÉTODO DE CÁLCULO DA VAZÃO→ Método racional:Método racional:

Admite-se até uma área da Bacia Hidrográfica deAdmite-se até uma área da Bacia Hidrográfica de até até 100 hectares100 hectares ou ou 1 Km1 Km22

Q = C.i.AQ = C.i.AQQ = Vazão = VazãoCC = coeficiente de deflúvio = coeficiente de deflúvio “run-off”“run-off”ii = intensidade da chuva = intensidade da chuva AA = Área da B.H. ou área de drenagem = Área da B.H. ou área de drenagemUnidade dos dados:Unidade dos dados:se se ii em em mm/horamm/horaAA em em mm22

Q = mQ = m33/seg Q = /seg Q = 1010-6-6 .C.i.A .C.i.A (m (m33/seg)/seg) 3,63,6

Exemplo:Exemplo: C = 0,5C = 0,5

Tc = 20 minutosTc = 20 minutos

h = 30 mmh = 30 mm

A = 0,5 KmA = 0,5 Km22

I = h. mm i = 30 mmI = h. mm i = 30 mm = 1,5mm/min = 1,5mm/min

Tc = 20 minTc = 20 min

I em mm/ hora 1,5 mm.60 minI em mm/ hora 1,5 mm.60 min I = 90 mm/horaI = 90 mm/hora

I em metros/hora (1m = 1000mm) I = ,09m/horaI em metros/hora (1m = 1000mm) I = ,09m/hora

Área em mÁrea em m2 2 1Km1Km22 = 1000000m = 1000000m22

0,5 Km0,5 Km2 2 0,5 . 1000000 0,5 . 1000000 A = 500000 m A = 500000 m22

Q = C.i.A (mQ = C.i.A (m33/seg)/seg)Q = Q = 0,5.0,09m.500m0,5.0,09m.500m22 Q = 6,25mQ = 6,25m33/seg/seg

3600seg3600seg

Pressupostos do método racional:Pressupostos do método racional:1.1. Chuva distribuída de forma única na B.HChuva distribuída de forma única na B.H2.2. Precipitação com intensidade constantePrecipitação com intensidade constante3.3. Tempo de concentração igual a duração da chuvaTempo de concentração igual a duração da chuva4.4. Coeficiente de run-off únicoCoeficiente de run-off único5.5. Não considera intercepções ou amortecimentoNão considera intercepções ou amortecimento6.6. período de retorno entre 5 a 10 anos para “G.A.P”período de retorno entre 5 a 10 anos para “G.A.P”7.7. Período de retorno de 25 anos para macrodrenagem Período de retorno de 25 anos para macrodrenagem

como canais, bueiros e pontes urbanas. como canais, bueiros e pontes urbanas. Obs: utilizar fórmulas de kirpich para TcObs: utilizar fórmulas de kirpich para Tc tc = tc = 57 ( L57 ( L33 ) )0,3850,385

HH onde: onde:Tc = tempo de concentração (minutos)Tc = tempo de concentração (minutos)L = extensão do talvegue (Km)L = extensão do talvegue (Km)H = desnível do talvegue desde a cabeceira até o ponto de H = desnível do talvegue desde a cabeceira até o ponto de

projeto com unidade em metro (m)projeto com unidade em metro (m)

RESUMORESUMODados básico da vazão de projetos: Kc = PDados básico da vazão de projetos: Kc = P

perímetro da bacia hidrográfica = 2.perímetro da bacia hidrográfica = 2.ππ.R.R R =√R =√ππAA

1: Área da B.H1: Área da B.H 2: Perímetro da bacia2: Perímetro da bacia 3: Declividade média da talvegue3: Declividade média da talvegue

4: Kc (coeficiente de compacidade)4: Kc (coeficiente de compacidade) Kc = PKc = P

22ππRRR = AR = A √ √ ππ

5. Kf (fator de forma)5. Kf (fator de forma)

Kc = PKc = P 22ππRRR = AR = A

√ √ ππKf = largura média da B.HKf = largura média da B.H Kf = LKf = LComprimento axial do talvegueComprimento axial do talvegue L Laxialaxial

L = A (KmL = A (Km22)) Kf = A . 1Kf = A . 1 Kf = A Kf = A LLaxialaxial (Km) (Km) L L L L L L22

6.6. Coeficiente de run-offCoeficiente de run-offEsclher na p. 17/56Esclher na p. 17/56““terras cultivadas”terras cultivadas”

7.7. Tempo de concentração “Tc”Tempo de concentração “Tc”Usar “kirpich”Usar “kirpich”Tc min = Tc min = 57 ( L57 ( L3 3 ) ) 0,3850,385

HHCom:Com:L = KmL = KmH = declividade média (m)H = declividade média (m)8.8. Período de retornoPeríodo de retorno

10 ou 15 anos (adotar)10 ou 15 anos (adotar)9.9. Intensidade “i”Intensidade “i”

Equação de Limeira ou CampinasEquação de Limeira ou Campinasi = i = 77,56 . T77,56 . T0,17260,1726

(Tc + 25)(Tc + 25)1,087.T1,087.T0,00560,0056

Campinas:Campinas:i = i = 2524,9 . T2524,9 . T0,1360,136

(Tc + 20) (Tc + 20) 0,948.T0,948.T-0,007-0,007

10.10. Vazão do projeto “fim”Vazão do projeto “fim”Q = C . i . AQ = C . i . A