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CC54Z - Hidrologia
Geração de escoamento e análise de hidrograma
Prof. Fernando Andrade
Curitiba, 2014
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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• 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
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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
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Ciclo hidrológico
4
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Ciclo hidrológico
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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
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Chuva: escoamento
superficial
4
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Chuva: escoamento
superficial + subterrâneo
4 Camada saturada
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Depois da chuva:
escoamento sub-
superficial + subterrâneo
9
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Estiagem: escoamento
subterrâneo
10
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Estiagem: escoamento
subterrâneo
11
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Estiagem: escoamento
subterrâneo
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Estiagem: escoamento
subterrâneo
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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
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Processo Hortoniano:
áreas impermeáveis
• Telhados
• Ruas
• Calçadas
15
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Processo Hortoniano:
áreas baixa infiltração
• Gramados
• Solos muito
compactados
16
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Processo Dunneano:
áreas solo saturado
• Áreas
próximas a
rios
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Chuva x vazão x infiltração
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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
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Hidrograma
20
vazão
tempo
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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
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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)
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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
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Separação escoamento
superficial e de base
24
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Separação hidrograma:
método da linha reta
25
a
c
escoamento de base
escoamento superficial
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Hidrograma: cheias e
enchentes
26
• Cabeça d’água Morretes 1
• Cabeça d’água Morretes 2
• Tromba d’água Baixo Guandu
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Como calcular
escoamento superficial
27
chuva efetiva
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• 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
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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