Geração de Escoamento e Análise de Hidrograma

Prévia do material em texto

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 
v
a
z
ã
o
 
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 
 
https://www.youtube.com/watch?v=ILahKB2176g
https://www.youtube.com/watch?v=ILahKB2176g
https://www.youtube.com/watch?v=ILahKB2176g
https://www.youtube.com/watch?v=ILahKB2176g
https://www.youtube.com/watch?v=ILahKB2176g
https://www.youtube.com/watch?v=BBb6XoBLHs8
https://www.youtube.com/watch?v=BBb6XoBLHs8
https://www.youtube.com/watch?v=BBb6XoBLHs8
https://www.youtube.com/watch?v=BBb6XoBLHs8
https://www.youtube.com/watch?v=ILahKB2176g
https://www.youtube.com/watch?v=3UkxQNQzH-U
Como calcular 
escoamento superficial 
27 
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 
29 
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 
v
a
z
ã
o
 
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 
v
a
z
ã
o
 
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