CC54Z - Hidrologia

Geração de escoamento e análise de hidrograma

Prof. Fernando Andrade

Curitiba, 2014

Universidade Tecnológica Federal do Paraná

• Definir as origens do escoamento

superficial e subterrâneo

• Estudar os processos de geração de

escoamento superficial e subterrâneo

• Calcular a chuva efetiva (escoamento

superficial)

• Estudar hidrogramas resultantes das

chuvas

Objetivos da aula

2

Vazão de um rio

• Resultado da interação entre a

precipitação e a bacia hidrográfica

• Depende das características da bacia que

influenciam a infiltração, o armazenamento

de água nas camadas rasas e profundas

do solo e a evapotranspiração

• A vazão se origina do escoamento

superficial direto (chuva efetiva) e dos

escoamento sub-superficial e subterrâneo

3

Ciclo hidrológico

4

Ciclo hidrológico

5

Tipos de escoamento

• Escoamento superficial:

Ocorre de forma rápida

Durante e logo após chuvas intensas: água da própria chuva que não consegue penetrar no solo e escoa imediatamente

Forma picos de vazão e enchentes

• Escoamentos sub-superficial e subterrâneo:

Ocorre de forma lenta

Vazão mantida pelo esvaziamento lento da água armazenada na bacia

6

Chuva: escoamento

superficial

4

Chuva: escoamento

superficial + subterrâneo

4 Camada saturada

Depois da chuva:

escoamento sub-

superficial + subterrâneo

9

Estiagem: escoamento

subterrâneo

10

Estiagem: escoamento

subterrâneo

11

Estiagem: escoamento

subterrâneo

12

Estiagem: escoamento

subterrâneo

13

Escoamento superficial

• Principais processos para formação de

escoamento superficial

• Processo Hortoniano (Horton):

precipitação sobre áreas impermeáveis

e/ou precipitação superior à capacidade

de infiltração

• Processo Dunneano (Dunne): precipitação

sobre solos saturados

14

Processo Hortoniano:

áreas impermeáveis

• Telhados

• Ruas

• Calçadas

15

Processo Hortoniano:

áreas baixa infiltração

• Gramados

• Solos muito

compactados

16

Processo Dunneano:

áreas solo saturado

• Áreas

próximas a

rios

Chuva x vazão x infiltração

18

Geração do escoamento

• Considerando uma chuva constante no tempo: todo o volume de água será infiltrado no início. A partir de um dado ponto uma parte da chuva será infiltrada e outra será escoada

19

Hidrograma

20

vazão

tempo

Grandezas características

do hidrograma

• Coeficiente de

deflúvio ou

runoff: relação

entre total de

água escoada

na superfície e

precipitada

• Chuva efetiva: é

a parcela de

chuva que gera

escoamento

superficial

4

Forma do hidrograma:

fatores importantes

• Densidade de drenagem, declividade do

rio e da bacia (relevo) e forma da bacia

• Bacias com grandes áreas de

extravasamento tendem a regularizar o

escoamento e reduzir o pico

• Bacias mais circulares têm picos mais

cedo e maiores do que bacias alongadas

(menor tempo de concentração)

22

Forma do hidrograma:

outros fatores

• Tipo de solo: as características de infiltração interferem na quantidade de chuva transformada em chuva efetiva

• Uso do solo: cobertura vegetal tende a retardar o escoamento e aumentar as perdas por evapotranspiração

• Modificações artificiais no rio: reservatórios de regularização reduzem os picos, enquanto canalizações podem aumentar os picos

23

Separação escoamento

superficial e de base

24

Separação hidrograma:

método da linha reta

25

a

c

escoamento de base

escoamento superficial

Hidrograma: cheias e

enchentes

26

• Cabeça d’água Morretes 1

• Cabeça d’água Morretes 2

• Tromba d’água Baixo Guandu

Como calcular

escoamento superficial

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chuva efetiva

• Desenvolvido pelo National Resources Conservatoin Center dos EUA (antigo Soil Conservation Service – SCS)

• Q é a lâmina escoada ou volume de escoamento dividido pela área da bacia (mm), também chamada “chuva efetiva”

• P é a precipitação durante o evento (mm)

• CN é um parâmetro adimensional que depende da capacidade de infiltração e armazenamento do solo

• Ia é estimativa das perdas iniciais de água, dado (Ia=S/5)

Método SCS

28

Parâmetro CN

• Valores aproximados do parâmetro CN

para diferentes condições de cobertura

vegetal, uso do solo e tipos de solos

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Parâmetro CN

• O método do SCS pode ser utilizado quando uma bacia não tem cobertura vegetal homogênea, ou quando existem dois ou mais tipos de solos na bacia.

• Neste caso, o valor do CN é calculado como uma média ponderada dos valores de CN

• Por exemplo: solo tipo D com 30% da área urbanizada (zona residencial) e 70% rural (coberta por campos)

• CN = 0,3x92 + 0,7x85 = 87,1 30

Exemplo 1

• Determine a lâmina escoada

superficialmente durante o evento de

chuva dado na tabela abaixo numa bacia

com solos com média capacidade de

infiltração e cobertura de pastagens

31

Exemplo 2

• Calcule o escoamento superficial gerado

pelo evento de chuva dado na tabela

abaixo numa bacia com CN = 80

32

Chuva (mm)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 20 30 40 50 60

Chuva (mm)

Exemplo 2

33

Chuva

0

5

10

15

20

25

30

10 20 30 40 50 60

Chuva acumulada

0

10

20

30

40

50

10 20 30 40 50 60

Chuva, escoamento e infiltração acumulada

0

10

20

30

40

50

10 20 30 40 50 60

Chuva, escoamento e infiltração

0

2

4

6

8

10

12

14

10 20 30 40 50 60

Exemplo 3

• Calcule o escoamento de base, a chuva

efetiva e o coeficiente de deflúvio pelo

método da linha reta (A = 100 km²)

34 tempo

vazão

Exemplo 3

35

T

(h)

Qb

(m3/s)

Qs

(m3/s)

10 2,70 0,00

20 3,40 1,70

30 4,00 16,00

40 4,90 15,10

50 5,10 5,90

60 5,20 2,80

70 5,15 0,85

80 5,10 0,40

90 4,80 0,00

100 4,30 0,00 C = 42,75/87,40 = 0,48

vazão

tempo

escoamento de base

escoamento superficial

Referências bibliográficas

[1] VILLELLA, S. M., MATTOS, A.. Hidrologia aplicada. São Paulo. Editora McGraw Hill do Brasil, 1975

[2] TUCCI, C. E. M.. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre. Editora da Universidade, 4 ed. 2009

[3] PINTO, N. et al.. Hidrologia básica. São Paulo. Editora Edgard Blucher, 1976