Hidrologia (1)

Prévia do material em texto

Hidrologia
Prof. Dr. Leopoldo Uberto Ribeiro Junior
1ª Edição
Gestão da Educação a Distância
Todos os direitos desta edi-
ção ficam reservados ao Unis 
- MG.
É proibida a duplicação ou 
reprodução deste volume (ou 
parte do mesmo), sob qual-
quer meio, sem autorização 
expressa da instituição.
Cidade Universitária - Bloco C
Avenida Alzira Barra Gazzola, 650,
Bairro Aeroporto. Varginha /MG
ead.unis.edu.br
0800 283 5665
Autoria
Currículo Lattes:
Doutor em Recursos Hídricos pela Universidade Estadual de Campinas, possui mestrado em 
Engenharia da Energia e graduação em Engenharia Hídrica pela Universidade Federal de Ita-
jubá. Possui experiência como gerente de projetos e meio ambiente da área de energia re-
novável, com destaque para área de Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH) e energia eólica, 
com ênfase na identificação de potenciais, desenvolvimento de estudos de Inventário, Projeto 
Básico e Licenciamento Ambiental, além de atuação direta junto aos órgãos reguladores de 
energia (Aneel e ONS) e meio ambiente (SEMAD, SEMACE, FEPAM, IAP, IDEMA, SEMAR, IMASUL 
dentre outros). Como consultor tem conhecimento em trabalhos multidisciplinares, bem como 
na gestão e participação em diversos projetos de energia renovável e meio ambiente para vá-
rios agentes do setor elétrico e participação em projetos de pesquisa e desenvolvimento P&D.
Prof. Dr.Prof. Dr.
Leopoldo Uberto Ribeiro JuniorLeopoldo Uberto Ribeiro Junior
http://lattes.cnpq.br/4244310666833677
http://lattes.cnpq.br/4244310666833677
5
Unis EaD
Cidade Universitária – Bloco C
Avenida Alzira Barra Gazzola, 650, 
Bairro Aeroporto. Varginha /MG 
ead.unis.edu.br
JUNIOR, Leopoldo Uberto Ribeiro. HidrologiaHidrologia. Varginha: GEaD-UNIS/
MG, 2019.
44 p.
1. Escoamento superficial. 2. Precipitação. 3. Vazão.
 Caríssimo(a),
 O simples fato de você estar cursando um curso a distância significa que você acredita 
no potencial que as tecnologias de informação e comunicação representam para o sistema 
educacional. Alegramo-nos por sua escolha.
 Discutiremos a disciplina através de fóruns, leitura de artigos da área (e posterior dis-
cussão ou considerações individuais ou em grupo) e estudos de caso ou exemplificações re-
ais. Em relação ao ambiente de aprendizagem, estaremos utilizando todas as opções possíveis 
para uma melhor interação e comunicação. 
 Nossa interação será essencial! 
 Conte comigo! 
 Abraço,
 Prof Leopoldo Uberto Ribeiro Junior
Ementa
Orientações
Palavras-chave
Ciclo hidrológico: conceituação; fases. Bacia hidrográfica: conceituação; bacias hi-
drográficas como unidade de planejamento e gestão ambiental; caracterização. 
Quantificação, qualificação e Análise das fases do ciclo hidrológico em bacias hi-
drográficas: precipitação, infiltração, evaporação/evapotranspiração, escoamen-
to superficial, escoamento subterrâneo. Noções de sistema de drenagem.
Ver Plano de Estudos da disciplina, disponível no ambiente virtual.
Escoamento superficial, Precipitação, Vazão.
Unidade I - Ciclo Hidrológico 11
1. Introdução 11
Unidade II - Bacia Hidrográfica 17
2.1. Definição 17
2.2. Principais Variáveis 17
Unidade III – Precipitação 22
3. Introdução 22
3.1. Medição da Precipitação 23
3.2. Preenchimento de Falhas 24
3.3. Precipitação Média Sobre uma Bacia Hidrográfica 24
Unidade IV – Medição de Vazão 26
4. Introdução 26
4.1. Método Volumétrico 26
4.2. Métodos dos Flutuadores 27
4.3. Vertedores 30
4.3.1. Vertedores Triangulares 30
4.3.2. Vertedores Retangulares 30
4.4. Método Químico 31
4.5. Medição com Molinete Hidrométrico 32
4.6. Medição com o Barco Ancorado 34
4.7. Medição com o Barco não Ancorado 35
4.8. Método Acústico 35
Unidade V - Hidrologia Estatística 39
5. Introdução 39
5.1. Frequência de um Evento 39
5.2. Método Racional 41
Referências Bibliográficas 43
Objetivos da Unidade
Unidade I - 
Ciclo HidrológicoI
- Hidrologia é uma ciência que trata na Terra, sua ocorrência, 
circulação e distribuição, suas propriedades físicas e químicas 
e sua reação com o meio ambiente. 
- É uma disciplina consideravelmente ampla, onde os alunos 
aprendem a identificar mensurar e distribuir as principais va-
riáveis constituintes do ciclo hidrológico.
11
Unidade I - Ciclo Hidrológico
1. Introdução
 O ciclo hidrológico é o fenômeno global de circulação fechada da água entre a super-
fície terrestre e a atmosfera, impulsionado fundamentalmente pela radiação solar associada a 
gravidade e a rotação terrestre. Portanto, não existe uma fase inicial nem uma fase final.
 O ciclo hidrológico constitui basicamente em um processo contínuo de transporte de 
massas d’água do oceano para a atmosfera e desta, através de precipitações, escoamento (su-
perficial e subterrâneo) novamente ao oceano. O ciclo hidrológico tem, nos fenômenos de eva-
poração e precipitação, os seus principais elementos responsáveis pela contínua circulação de 
água no globo (figura 1).
 O fluxo sobre a superfície terrestre é positivo (precipitação menos evaporação), Erro! 
Fonte de referência não encontrada., resultando nas vazões dos rios em direção aos oceanos. 
O fluxo vertical dos oceanos é negativo, com maior evaporação que precipitação. O volume 
evaporado adicional se desloca para os continentes através do sistema de circulação da atmos-
fera e precipita, fechando o ciclo.
Figura 1 - Ciclo Hidrológico Global
Fonte: Tucci (1995)
12 
 O equilíbrio médio anual, em volume, entre a precipitação e a evapotranspiração, que 
são os dois fluxos principais entre a superfície terrestre e a atmosfera, em nível global apresen-
ta o seguinte valor:
P = E = 423 x 1012 m3/ano
 Os processos hidrológicos na bacia hidrográfica possuem duas direções predominantes 
de fluxo: vertical e longitudinal. O processo vertical é representado pelos processos de preci-
pitação, evapotranspiração, umidade e fluxo no solo, enquanto que o longitudinal, pelo esco-
amento na direção dos gradientes da superfície (escoamento superficial e rios) e do subsolo 
(escoamento subterrâneo), conforme representado na figura 3.
Figura 2 - Fluxos de água entre a superfície terrestre e a atmosfera. Unidades: x 1012 m3/ano
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
oceano 
Atmosfera 
Superfície terrestre 
62 
37 
99 
37 
324 361 
Fonte: Tucci (1995)
13
 A vegetação tem um papel fundamental no balanço de energia e no fluxo de volumes 
de água. A parcela inicial da precipitação é retida pela vegetação; quanto maior for a superfície 
de folhagem, maior a área de retenção da água durante a precipitação. Esse volume retido é 
evaporado assim que houver capacidade potencial de evaporação. Quando esse volume retido 
pelas plantas, é totalmente evaporado, as plantas passam a perder umidade para o ambiente, 
através da transpiração, trazendo assim, o que se conhece por evapotranspiração (evaporação 
+ transpiração), Tucci (1995).
 Segundo Tucci (1995), da parcela de precipitação que atinge o solo, a mesma pode 
infiltrar ou escoar superficialmente dependendo da capacidade do solo de infiltrar. Essa ca-
pacidade depende de condições variáveis, como a quantidade de umidade já existente, das 
características do solo e da sua cobertura. A água que infiltra, pode percolar para o aquífero ou 
gerar um escoamento subsuperficial ao longo dos canais internos do solo, até a superfície ou 
um curso d’água.
 A capacidade de infiltração depende do tipo e do uso do solo. Normalmente, a capaci-
dade de infiltração de solos com floresta é alta, o que produz pequena quantidade de escoa-
Figura 3 - Ciclo Hidrológico Terrestre
Fonte: Tucci (2002)
 
14 
mento superficial. Para solos com superfície desprotegida que sofre a ação da compactação, 
a capacidade de infiltração pode diminuir dramaticamente, resultando em maior escoamento 
superficial. Por exemplo, estradas, caminhos percorridos pelo gado sofrem forte compactação 
quereduzem a capacidade de infiltração, enquanto o uso de maquinário agrícola para revolver 
o solo durante o plantio pode aumentar a infiltração. De outro lado, essa mesma capacidade de 
infiltração varia com o tipo de solo e com suas condições de umidade. Um solo argiloso pode 
ter uma alta capacidade de infiltração quando estiver seco, no entanto, após receber umidade, 
pode se tornar quase impermeável.
 O escoamento superficial converge para os rios que formam a drenagem principal das 
bacias hidrográficas. O escoamento em rios depende de várias características físicas tais como 
a declividade, rugosidade, seção de escoamento e obstruções ao fluxo. Os rios tendem a mol-
dar dois leitos, o leito menor, onde escoa na maior parte do ano e o leito maior (utilizado quan-
do o rio transborda), que o rio ocupa durante as enchentes.
 Como poderá ser observado a interface solo-vegetação-atmosfera têm uma forte influ-
ência no ciclo hidrológico. Associados aos processos naturais, existem também a interferência 
humana que age sobre esse sistema natural.
 O desenvolvimento urbano altera a cobertura vegetal provocando vários efeitos que 
alteram os componentes do ciclo hidrológico natural. Com a urbanização, a cobertura da bacia 
é em grande parte impermeabilizada com edificações e pavimentos e são introduzidos condu-
tos para escoamento pluvial, gerando as seguintes alterações:
• Redução da infiltração no solo;
• O volume que deixa de infiltrar fica na superfície, aumentando o escoamento superficial.
• Além disso, como foram construídos condutos pluviais para o escoamento superficial, 
tornando-o mais rápido, ocorre redução do tempo de deslocamento. Desta forma as 
vazões máximas também aumentam por isso, antecipando seus picos no tempo;
• Com a redução da infiltração, o aquífero tende a diminuir o nível do lençol freático por 
falta de alimentação (principalmente quando a área urbana é muito extensa), reduzindo 
15
o escoamento subterrâneo. As redes de abastecimento, pluvial e cloacal possuem vaza-
mentos que podem alimentar o aquífero, tendo efeito inverso do mencionado;
• Devido a substituição da cobertura natural ocorre uma redução da evapotranspiração, 
já que a superfície urbana não retém água como a cobertura vegetal e não permite a 
evapotranspiração das folhagens e do solo.
Objetivos da Unidade
Unidade II - 
Bacia HidrográficaII
- Hidrologia é uma ciência que trata na Terra, sua ocorrência, 
circulação e distribuição, suas propriedades físicas e químicas 
e sua reação com o meio ambiente. 
- É uma disciplina consideravelmente ampla, onde os alunos 
aprendem a identificar mensurar e distribuir as principais va-
riáveis constituintes do ciclo hidrológico.
17
Unidade II - Bacia Hidrográfica
2.1. Definição
 Definida por Tucci (2002) como uma área de captação natural da água da precipitação 
que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída, seu exutório. Compõe-se ba-
sicamente de um conjunto de superfícies vertentes e de uma rede de drenagem formada por 
cursos d’água que confluem até resultar um leito único no exutório.
 Segundo Schiavetti & Camargo, o conceito de bacia hidrográfica tem sido cada vez mais 
expandido e utilizado como unidade de gestão da paisagem na área de planejamento am-
biental. Na perspectiva de um estudo hidrológico, o conceito de bacia hidrográfica envolve 
explicitamente o conjunto de terras drenadas por um corpo d’água principal e seus afluentes e 
representa a unidade mais apropriada para o estudo qualitativo e quantitativo do recurso água 
e dos fluxos de sedimentos e nutrientes. Embora tecnicamente o conceito implícito no termo 
seja preciso, podem existir variações no foco principal, conforme a percepção dos técnicos que 
o utilizam em seus estudos.
 A bacia poderá ser delimitada graficamente ou através de técnicas de geoprocessa-
mento.
2.2. Principais Variáveis
 Conforme Tucci (2002), as principais variáveis de uma bacia hidrográfica são: área de 
drenagem, comprimento e declividade média do rio principal, densidade de drenagem e des-
nível. Segundo o mesmo autor, considera-se dados fisiográficos de uma bacia hidrográfica, 
todos aqueles dados que podem ser extraídos de mapas, fotografias aéreas e imagens de sa-
télite. Basicamente são: áreas, comprimentos, declividades e coberturas do solo, medidos ou 
expressos por índices. Segue a descrição das principais características da bacia hidrográfica:
18 
a) Área de drenagem: representa um dado fundamental para definir a potencialidade hí-
drica da bacia. Uma vez definidos os contornos da bacia, a área pode ser determinada por 
planímetro ou por técnicas de geoprocessamento.
b) Comprimento e declividade média dos rios: para cada bacia existe um rio principal que 
drena a maior área no seu interior. A determinação do comprimento do rio poderá ser feita 
através de curvímetro ou por geoprocessamento. A declividade média do rio, poderá ser 
determinada através da seguinte fórmula:
Sm = H (0,85 * L) – H (0,10 * L) 
0,75 * L 
 onde: L – Comprimento do rio principal
 H – Desnível máximo
 Conforme Tucci (2002), no caso de ter-se que atribuir uma única declividade para todo 
o curso d’água, deve-se desprezar os trechos extremos, caso apresentem declividades altas 
(cabeceiras) ou muito baixas (próximo da seção de saída). A declividade dos cursos d’água po-
derá ser determinada também através da geração de perfis topográficos, podendo ser obtido 
por técnicas tradicionais de levantamento ou por geoprocessamento, a partir do MNT (Modelo 
Numérico do Terreno).
 Em geral consiste na razão entre a diferença das altitudes dos pontos extremos de um 
curso d´água e o comprimento desse curso d´água, pode ser expressa em % ou m/m (PAIVA e 
PAIVA, 2001).
 De acordo com Tucci (2002), dentre os critérios utilizados para ordenamento de canais 
da rede de drenagem da bacia hidrográfica, destacam-se os de Horton (1945) e Strahler (1957). 
No sistema de Horton os canais de 1a ordem são aqueles que não possuem tributários; os 
canais de 2a ordem tem apenas afluentes de 1a ordem; os canais de 3a ordem recebem in-
fluência de canais de 2a ordem, podendo também receber diretamente canais de 1a ordem; 
sucessivamente, um canal de ordem u pode ter tributários de ordem u-1 até 1. Isto implica 
19
atribuir maior ordem ao rio principal, valendo esta designação em todo o seu comprimento, 
desde o exutório da bacia até sua nascente. No sistema de Strahler é evitada a subjetividade 
de classificação de nascentes. Considera todos os canais sem tributários de 1a ordem, mesmo 
que sejam nascentes dos rios principais e afluentes; os canais de 2a ordem são os que originam 
da confluência de dois canais de 1a ordem, podendo ter afluentes também de 1a ordem; os 
canais de 3a ordem originam-se da confluência de dois canais de 2a ordem, podendo receber 
afluentes de 2a e 1a ordens: sucessivamente, um canal de ordem u é formado pela união de 
dois canais de ordem n-1, podendo receber afluência de canais com qualquer ordem inferior. 
Portanto, no sistema Strahler, o rio principal e afluentes não mantém o número de ordem na 
totalidade de suas extensões, como acontece no sistema Horton, que tem problemas práticos 
de numeração. A Figura 4 mostra exemplos de ordenação de canais de uma rede de drenagem 
pelos dois sistemas apresentados:
Figura 4 – Exemplos de ordenação dos canais de uma rede de drenagem
Fonte: Tucci (2002)
 O Fator de forma Kf: corresponde a razão entre a área de bacia e o quadrado de seu 
comprimento axial medido ao longo do curso d’agua principal do exutório a cabeceira mais 
distante (VILLELA e MATTOS, 1975, p14).
Kf = A/L²
 Já o coeficiente de forma ou compacidade (Índice de Gravelius) – kc: e a relação entre 
o perímetro da bacia hidrográfica e a circunferência de um círculo com a mesma área da bacia 
20(VILLELA e MATTOS, 1975, p.13).E um número adimensional que varia de acordo com a forma 
da bacia; quanto maior o coeficiente, mais longa e a bacia. Quanto mais próximo de 1, mais 
circular e a bacia e maior e a sua tendência a gerar enchentes rápidas e acentuadas (VILLELA e 
MATTOS, 1975, p.13). E definido pela seguinte equação:
Kc = 0,28.P.A1/2
 Onde: P e o perímetro da bacia em km e A área da bacia em km2.
 O tempo de concentração é o tempo que a água leva para percorrer desde o ponto 
mais distante da bacia até o exutório. Quando se conhece bem a relação precipitação vazão e 
mais fácil de calcular o tempo de concentração. Na ausência destes dados podem ser aplicadas 
fórmulas empíricas respeitando-se suas limitações. Dentre estas se destacam a de Kirpich. O 
artigo de Silveira (2005), apresenta uma síntese das principias fórmulas de desempenho de 
tempo de concentração.
 https: //www.abrh.org.br/SGCv3/index.php?PUB=1&ID=29&-
SUMARIO=896
https: //www.abrh.org.br/SGCv3/index.php?PUB=1&ID=29&SUMARIO=896
https: //www.abrh.org.br/SGCv3/index.php?PUB=1&ID=29&SUMARIO=896
Objetivos da Unidade
Unidade III - 
PrecipitaçãoIII
- Hidrologia é uma ciência que trata na Terra, sua ocorrência, 
circulação e distribuição, suas propriedades físicas e químicas 
e sua reação com o meio ambiente. 
- É uma disciplina consideravelmente ampla, onde os alunos 
aprendem a identificar mensurar e distribuir as principais va-
riáveis constituintes do ciclo hidrológico.
22 
Unidade III – Precipitação
3. Introdução
 A precipitação constitui-se no principal componente de entrada do ciclo hidrológico. 
É através da precipitação que se dá a entrada de água na bacia hidrográfica e seu comporta-
mento no espaço e no tempo é um dos principais responsáveis pelas respostas hidrológicas da 
bacia hidrográfica.
 Precipitação é toda forma de umidade oriunda da atmosfera que se deposita sobre a 
superfície terrestre. Destacam-se as seguintes formas:
a) Chuva: é a principal forma de precipitação, especialmente em regiões tropicais e subtro-
picais. A precipitação atinge a superfície na forma líquida e todos os processos gerados por 
esta situação correspondem a um dos principais ramos aplicados da hidrologia.
b) Granizo: situação em que a precipitação ocorre na forma de partículas irregulares de 
gelo, com tamanho mínimo de 5 mm. O granizo é formado pelo congelamento instantâneo 
de gotículas, produzido por forte ascensão atmosférica do vapor d’água;
c) Neve: é uma forma de precipitação na qual há formação de flocos de gelo com formatos 
normalmente hexagonais, em nuvens muito frias (abaixo de 0oC). 
d) Orvalho: esta é uma forma de precipitação na qual a água contida na forma de vapor na 
atmosfera sofre condensação e precipita nas diferentes superfícies. Isto ocorre porque cor-
pos sólidos perdem calor mais rápido para a atmosfera, sofrendo resfriamento em relação 
ao ar atmosférico. O ar úmido, ao atingir estas superfícies frias, também sofre resfriamento, 
o qual se for suficiente para atingir a curva de saturação, proporciona o processo de con-
densação.
e) Geada: a formação de geada é semelhante ao do orvalho. No entanto, neste caso, o pon-
to de orvalho na curva de saturação é abaixo de zero, havendo um processo de sublimação, 
com a água precipitando-se diretamente na forma sólida (gelo).
23
3.1. Medição da Precipitação
 A medida das precipitações é um processo relativamente simples, consistindo no re-
colhimento da quantidade de água precipitada, podendo ser feita por aparelhos totalizadores 
(pluviômetros) ou registradores contínuos (pluviógrafos), Figura 5. De um modo geral, os plu-
viômetros de postos meteorológicos oficiais são lidos em intervalos de 24 horas, quase sempre 
às 9:00 horas da manhã, indicados para quantificar chuvas diárias.
 Os pluviógrafos fornecem um gráfico, conhecido como pluviograma, onde são regis-
tradas continuamente as alturas de chuva em função do tempo. O pluviômetro constitui-se de 
um cilindro cuja área de captação deve ser conhecida, sendo o mais utilizado o Ville de Paris, 
conforme figura 5. Devem ser instalados a uma altura de 1,5 m da superfície do solo, com uma 
distância mínima de construções e outros objetos de grande porte, considerando uma distân-
cia horizontal superior a duas vezes a altura do objeto.
 As precipitações também podem ser estimadas com auxílio de radar meteorológico e 
imagens de satélite.
 http://www.simge.mg.gov.br/simge/radar-meteorologico
Figura 5 – Pluviômetro e Pluviógrafos
Fonte: www.istock.com
http://www.simge.mg.gov.br/simge/radar-meteorologico
24 
3.2. Preenchimento de Falhas
 É comum a existência de falhas ou interrupções nos registros das estações climatoló-
gicas, sendo atribuídas a problemas técnicos ou ausência do observador. Para se obter séries 
sem falhas, que é um requisito indispensável para estudos hidrológicos diversos, pois existe a 
necessidade trabalhar com os dados consistidos.
3.3. Precipitação Média Sobre uma Bacia Hidrográfica
 Devido à variabilidade espacial das precipitações há necessidade de se estimar a preci-
pitação média sobre uma bacia hidrográfica. Existem várias aplicações para este valor médio 
representativo especialmente vinculadas à gestão de recursos hídricos, balanço hídrico e simu-
lação hidrológica. Apresentam-se, a seguir, os métodos mais usuais para esta estimativa.
a) Média aritmética: é o método mais simples, aplicável para regiões com boa distribuição 
de aparelhos, área de relevo plano ou suave e regime pluviométrico uniforme. Na maioria 
das vezes este método não é suficiente para representar a precipitação numa bacia hidro-
gráfica de maiores proporções.
b) Polígonos de Thiessen: este método trabalha com a distribuição espacial dos postos, 
sendo a média obtida pela ponderação do valor da precipitação de um posto pela sua área 
de influência. As áreas de influência são aquelas dos polígonos formados pelas mediatrizes 
dos segmentos de reta que ligam estações adjacentes. Consiste em um método, na sua es-
sência, geométrico.
c) Método das Isoietas: consiste inicialmente no traçado das curvas de igual precipitação 
(isoietas), do que depende basicamente toda a precisão dos resultados. Para obtenção de 
melhores resultados, o hidrólogo deve, ao traçar as isoietas, considerar todo o conhecimen-
to que o mesmo possui sobre a área em questão, como influência do relevo (efeitos orográ-
ficos) e se possível, a morfologia do temporal (no caso de chuvas intensas); caso contrário o 
método resultará numa ponderação semelhante ao proposto por Thiessen.
Objetivos da Unidade
Unidade IV – 
Medição de Vazão IV
- Hidrologia é uma ciência que trata na Terra, sua ocorrência, 
circulação e distribuição, suas propriedades físicas e químicas 
e sua reação com o meio ambiente. 
- É uma disciplina consideravelmente ampla, onde os alunos 
aprendem a identificar mensurar e distribuir as principais va-
riáveis constituintes do ciclo hidrológico.
26 
Unidade IV – Medição de Vazão 
4. Introdução
 Medição de vazão ou descarga (o volume de água que passa através de uma seção 
transversal na unidade de tempo, geralmente um segundo) é um processo empírico utilizado 
para determinar a quantidade de água de um corpo de água. Sua mensuração é utilizada para 
se criar séries históricas que são extremamente úteis para diversos estudos e projetos. Através 
desta quantificação é possível estimar a disponibilidade ao longo do tempo e quais são os ris-
cos e falhas de uma determinada vazão em um ponto de um curso d’água.
 Em projetos de obras hidráulicas, as vazões são importantes para se avaliar, por exem-
plo, o calado para navegação, a capacidade de recebimento de efluentes urbanos e industriais, 
dimensionamentos de sistemas de abastecimento de águas, usinas hidrelétricase os sistemas 
de drenagem e órgãos de segurança de barragens, entre outras tantas aplicações. As medições 
de vazão são feitas periodicamente em determinadas seções dos cursos d’água (as estações ou 
postos fluviométricos). Estes valores são associados a uma cota linimétrica h (cota da superfície 
livre em relação a um plano de referência arbitrário) e transformados em vazão através de uma 
equação chamada de curva – chave.
 As medições de vazão podem ser feitas de diversas formas, que utilizam princípios dis-
tintos: volumétrico, colorimétrico, estruturas hidráulicas (calhas e vertedores), flutuadores, la-
zer, acústico, eletromagnético, etc. A escolha do método dependerá das condições disponíveis 
em cada caso.
4.1. Método Volumétrico
 Este método é baseado no conceito volumétrico de vazão, isto é, vazão é o volume que 
passa por uma determinada seção de controle por unidade de tempo. Utiliza-se um dispositi-
vo para concentrar todo o fluxo em um recipiente de volume conhecido, figura 6. Mede-se o 
27
tempo de preenchimento total do recipiente. Este processo é limitado a pequenas vazões, em 
geral pequenas fontes d’água, minas e canais de irrigação.
Figura 6 – Cálculo de volume
Fonte: Tucci (2005)
4.2. Métodos dos Flutuadores
 É um método bastante simples e utilizado para conhecer vazões maiores como, por 
exemplo, a vazão de um trecho do rio ou riacho.
 Para calcular essa vazão, basta seguir as seguintes orientações:
1. Escolher um trecho do rio (D) o mais reto possível, sem curvas, onde não tenha corredei-
ras e obstáculos como galhos e pedras, para não atrapalhar a qualidade das medições.
2. Medir a largura L do rio, ou seja, a distância entre as margens.
3. Medir vários pontos de profundidade P do rio.
4. Determinar a área A do rio, multiplicando a largura pela profundidade média, utilizando 
a fórmula abaixo:
A = L x Pm
28 
5. Determinar a velocidade da água, no trecho do rio. Para isso, torna-se necessário ter um 
cronômetro e um objeto que flutue. Esse objeto pode ser uma garrafa descartável com 
¾ de água. Deve ser marcado, o tempo necessário, para se percorrer a distância D.
 Esse procedimento deve ser realizado, no mínimo, 10 vezes anotando os tempos en-
contrados.
 Logo, a velocidade da água conhecida como [V] pode ser conseguida dividindo a dis-
tância [D], em metros, pelo tempo médio [tm].
 A água perto da superfície e próxima às margens flui mais lentamente. Portanto, alguns 
técnicos recomendam multiplicar a velocidade encontrada por 0,8 que é um fator usado para 
correção de velocidade. Conhecendo a área [A] do rio e a velocidade [V] da água, é possível 
calcular a vazão, do trecho escolhido, multiplicando os valores como demonstrado abaixo:
Q = 0,8 x V x A
 Para exemplificar, segue um modelo de como chegar a vazão, 
de um trecho do rio, calculando cada informação apresentada. Leia e 
observe atentamente:
1. Suponha que o trecho escolhido do rio tenha 10m de comprimento. Desta forma, 
tem-se a distância:
D = 10m
2. A largura é igual a 3m.
3. Foram realizadas 5 medições de profundidade no trecho desse rio e em cada me-
dição obteve-se um valor, tais como: 0,2m - 0,3m - 0,4m - 0,5m e 0,1m, respectiva-
29
mente. Sendo assim, precisa-se somar as profundidades encontradas e dividi-las 
pela quantidade de medições feitas.
 
 
 
 
4. Tendo a largura e a profundidade média, deve-se calcular a área multiplicando 
os valores encontrados. O resultado será dado em metros quadrados [m2], como 
demonstrado abaixo:
A = L x Pm
A = 3 x 0,3 = 0,9 m2
5. Supondo que o objeto flutuador seja jogado dez vezes e cada tempo cronometra-
do. Precisa-se, então, encontrar o tempo médio.
6. Para encontrar a velocidade, basta dividir a distância pelo tempo médio encon-
trado. 
7. E a vazão:
Q = V x A
30 
4.3. Vertedores
 Este dispositivo também se baseia na determinação da vazão a partir da medição do ní-
vel d’água (H). Existem diversos modelos de vertedores, com diferentes curvas que relacionam 
o nível d’água com a respectiva vazão.
 A aplicação dos tipos de vertedor depende da vazão que se mede. O vertedor triangular 
é mais preciso, com erro relativo à vazão da ordem de 1%, sendo, entretanto menos sensível 
ao vertedor retangular, figura 7, que apresenta erros relativos à vazão de 1 a 2%. Para vazões 
baixas o acréscimo de precisão atenua-se e o decréscimo de sensibilidade acentua-se, sendo, 
portanto, aconselhável o uso do vertedor triangular para vazões abaixo de 0,030 m3/s. Um in-
conveniente dos vertedores é a necessidade de sua construção, com custo apreciável. Além 
disso, o assoreamento e o remanso (elevação do nível) provocado a montante constituem ou-
tras desvantagens dos vertedores.
4.3.1. Vertedores Triangulares
 São mais adequados para baixas vazões.
Q = 1,42 x H5/2
4.3.2. Vertedores Retangulares 
Q = 1,84 x (L x H)1/2
31
Figura 7 – Cálculo de volume
Fonte: www.istock.com
4.4. Método Químico
 É um método utilizado em rios de grande turbulência, onde o uso de outros dispositi-
vos se torna difícil. Neste método, injeta-se no rio certa quantidade de solução de um produto 
químico de concentração conhecida e determina-se a concentração do produto na água do 
rio, a uma certa distância a jusante.
 A medição de vazão envolve uma série de grandezas que podem ser agrupadas em 
duas grandes categorias: grandezas geométricas da seção e grandezas referentes ao escoa-
mento. 
 As principais grandezas geométricas da seção são definidas como:
• Área molhada (A) (área da seção transversal ocupada pela água e expressa em metros 
quadrados); Perímetro molhado (P) (comprimento da linha de contato entre a super-
fície molhada e o leito, expresso em metros); Raio hidráulico (R=A/P) (quociente da 
área molhada pelo perímetro molhado, expresso em metros); Largura superficial (L), 
(comprimento da linha horizontal da área molhada, expressa em metros); Profundida-
32 
de média (P=A/L) (quociente da área molhada pela largura superficial expressa em me-
tros), Profundidade máxima (Pmáx), Cota linimétrica (h), Ponto inicial (PI), Ponto final 
(PF), Distância entre PI e PF (D), Vertical (reta contida no plano da seção transversal e 
perpendicular à superfície livre sobre a qual são efetuadas as medidas de velocidade), 
Distância entre duas verticais (l).
 As grandezas referentes ao escoamento são:
• Velocidade média ( ), (quociente da vazão pela área da seção, expressa em metros por 
segundo); Vazão total (Q), (volume de água que passa na seção na unidade de tempo, 
expressa em metros cúbicos por segundo); Velocidade em um ponto na vertical (vi); 
Velocidade na superfície (vs); Velocidade no fundo (vf) e Velocidade máxima (vmax).
4.5. Medição com Molinete Hidrométrico
 A medição convencional com molinete hidrométrico é universalmente utilizada para 
a determinação da vazão, e consiste em determinar a área da seção e a velocidade média do 
fluxo que passa neste setor.
 Primeiramente, determina-se à distância entre verticais, que depende da largura do rio 
e da regularidade do escoamento, a tabela 1.
Tabela 1 – Distância recomendada entre verticais
Largura
 do rio (m)
Distância 
entre
 verticais (m)
Largura
do rio (m)
Distância 
entre
 verticais (m)
Largura
 do rio (m)
Distância 
entre
 verticais (m)
≤ 3,00 0,30 15 – 30 2,00 80 - 150 6,00
3 - 6 0,50 30 – 50 3,00 150 - 200 8,00
6 - 15 1,00 50 – 80 4,00 ≥ 250,00 12,00
33
 Em geral, determina-se a velocidade média na vertical por meio de métodos analíticos, 
ou seja, fórmulas recomendadas em função do número de medições de velocidade e da posi-
ção. A Tabela 2 fornece as expressões para o cálculo da velocidade média para o caso de até seis 
pontos medidos em cada vertical.
Tabela 2 – Cálculo da velocidade média na vertical (método detalhado)Nº de 
pontos
Profundi-
dade (m)
Posição na vertical (*) 
em relação à prof. “p”
Cálculo da velocidade média, na verti-
cal
1 0,15 – 0,6 0,6 p v = v 0,6 
2 0,6 – 1,2 0,2 e 0,8 p v = (v0,2 + v0,8)/ 2 
3 1,2 – 2,0 0,2; 0;6 e 0,8 p v = (v0,2 + 2v0,6 + v0,8)/ 4 
4 2,0 – 4,0 0,2; 0,4; 0,6 e 0,8 p v = (v0,2 + 2v0,4 + 2v0,6 + v0,8)/ 6 
6 > 4,0 S; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 p e F v = [vS + 2(v0,2 + v0,4 + v0,6 + v0,8)+vF]/ 10 
(*) S – superfície; F – fundo
 O molinete ver Figura 8 (podem ser de dois tipos: de eixo vertical e de eixo horizontal) é 
acompanhado de um certificado de calibragem contendo a equação a ser utilizada no cálculo 
da velocidade a partir do número de rotações por segundo. Essa relação é tipicamente linear, 
do tipo:
V = n.a + b (1)
 Onde: n - numero de rotações por segundo; e
 a, b – constantes, sendo a o “passo da hélice” e b a “velocidade de atrito”.
 Também é importante, de tempos em tempos, reaferir o molinete para detectar uma 
eventual mudança em suas características. 
34 
Figura 8 – Molinete hidrométrico de eixo vertical
Fonte: Tucci (2005)
 Procedimentos aplicados para a realização da medição com molinete.
4.6. Medição com o Barco Ancorado
 Neste tipo de medição, normalmente se utiliza cabo de aço graduado, esticado de mar-
gem a margem a uma altura de cerca de 0,50 m sobre a superfície da água, Figura 9, que é a 
técnica mais utilizada para rios de até aproximadamente 300 m de largura e sem a presença de 
navegação intensa.
Figura 9 – Travessia do cabo de aço
Fonte: Garcez (2002) 
35
 Uma vez instalado o cabo, pode-se dar início à medição propriamente dita, posicionan-
do o barco em cada uma das verticais escolhidas. 
 A maior dificuldade durante a medição, está justamente, em ancorar o barco na vertical 
desejada (em geral nas grandes profundidades e correntezas).
4.7. Medição com o Barco não Ancorado
 Esse método é adequado para rios de grande largura que possam apresentar dificulda-
des para ancorar o barco ou riscos à operação. A medição é feita por verticais sucessivas sem 
estabilizar o barco para as tomadas de velocidades, sendo que a velocidade média é geral-
mente calculada usando-se dois pontos em cada vertical, e a profundidade total medida com 
o ecobatímetro. O posicionamento do barco é determinado com dois teodolitos no início e no 
fim de cada tomada de velocidade.
 As verticais e seu posicionamento são determinados previamente pelas distâncias ao 
PI e pelos ângulos formados com a base dos teodolitos instalados no PI e Alvo. Com os ângu-
los predeterminados, os dois observadores dos teodolitos, usando rádio, procuram orientar o 
piloto da embarcação para que este posicione o barco no alinhamento e nas proximidades da 
vertical escolhida, buscando manter o barco na mesma posição durante as tomadas de mesma 
velocidade.
 As tomadas de velocidade devem ser feitas nas proximidades da seção transversal. Para 
isso recomenda-se iniciar a medida um pouco a montante dessa seção, deixando o barco ser 
arrastado pela corrente. O barco deve voltar à posição inicial para a medida do ponto seguinte.
 Esse método de medição é bastante rápido (3 a 4 vezes em relação ao método com 
barco ancorado). É mais seguro para os operadores e equipamentos, apesar do tempo menor, 
permite duplicar o número de verticais (até 40). Esse tipo de medição deve ser feito com maior 
atenção porque as possibilidades de erros são grandes.
4.8. Método Acústico
36 
 O ADCP – ”Acoustic Doppler Current Profiler”, ou Correntômetro Acústico de Efeito Do-
ppler, é um aparelho utilizado para medir a vazão dos cursos d’água através do efeito “Do-
ppler”. Ele também pode ser utilizado para medir o seu movimento com relação ao fundo do 
rio e a distribuição dos sedimentos em suspensão na seção de medição.
 A medição acústica de vazões originou-se das técnicas utilizadas em oceanografia em 
que a medição de velocidades e direção das correntes com molinetes apresenta dificuldades 
consideráveis, notadamente em grandes profundidades. Em princípio, o método acústico ba-
seia-se na medição e integração de áreas e velocidades como na medição com molinete.
 O ADCP é um instrumento que transmite ondas sonoras através da água. As partículas 
transportadas pela corrente de água refletem o som de volta para o instrumento que percebe 
o eco através de sensores, fazendo com que ele reconheça as diferentes profundidades e as ve-
locidades das respectivas linhas de corrente através do efeito Doppler, operando em diferentes 
frequências dependendo do modelo.
 O efeito Doppler refere-se à mudança 
de frequência do sinal transmitido pelo so-
nar, causada pelo movimento relativo entre 
o aparelho e o material em suspensão da 
água sob a ação do feixe das ondas sonoras. 
Como o material em suspensão se desloca 
na mesma velocidade da corrente de água, a 
magnitude do efeito Doppler é diretamente 
proporcional à essa velocidade. Medindo-se 
a frequência dos ecos que retornam do ma-
terial em suspensão e comparando-a com a 
frequência do som emitido, o ADCP determi-
na a velocidade da partícula que é a mesma 
da corrente da água, figura 10.
Figura 10 – Técnica típica de uso do ADCP.
Fonte: Tucci (2005)
37
 A vazão que atravessa cada célula é obtida multiplicando-se a área (largura x altura) 
pela componente da horizontal da velocidade perpendicular ao plano vertical da célula.
 O aparelho é composto por quatro transdutores, três operando e um de reserva. O 
ADCP, figura 11. O ponto fundamental é que para obter as três componentes necessita-se de, 
pelo menos, três transdutores apontados em três distintas direções.
 O ADCP mede diretamente as componentes da velocidade segundo a direção em que 
são emitidos os pulsos acústicos. Ele tem dois pares de transdutores: um alinhado na direção 
leste-oeste e outro na direção norte-sul.
Figura 11 – O ADCP
Fonte: Tucci (2005)
Objetivos da Unidade
Unidade V 
- Hidrologia 
Estatística 
V
- Hidrologia é uma ciência que trata na Terra, sua ocorrência, 
circulação e distribuição, suas propriedades físicas e químicas 
e sua reação com o meio ambiente. 
- É uma disciplina consideravelmente ampla, onde os alunos 
aprendem a identificar mensurar e distribuir as principais va-
riáveis constituintes do ciclo hidrológico.
39
Unidade V - Hidrologia Estatística 
5. Introdução
 As variáveis hidrológicas são aleatórias pois não seguem uma lei de certeza, assim sen-
do, uma variável hidrológica qualquer tem uma certa frequência ou probabilidade de ocorrên-
cia que está associada a um tempo médio. O tempo médio em que a variável pode ocorrer é 
denominado tempo de retorno.
 A estatística é baseada na análise da série de dados observados ao longo do tempo; os 
estudos estatísticos dessas séries têm aplicações das mais diversas, tais como:
• O comportamento climático e hidrológico regionais (série de valores médios);
• Dimensionamento de sistemas de drenagem;
• Dimensionamento de sistemas de água e esgoto;
• Projetos de obras hidráulicas (série de vazões máximas). 
5.1. Frequência de um Evento 
 A frequência é o número de vezes em que um evento pode acontecer. Em hidrologia a 
frequência de um evento está associada a magnitude do evento. 
 Distribuição de Frequência (probabilidade) Onde: P = Probabilidade de ocorrência 
 
m = ordem do evento 
n = n° de dados 
 O período de retorno, ou tempo de recorrência, é o inverso da probabilidade exceden-
te: 
40 
 
 O Tempo de retorno é o tempo médio que o evento pode ser igualado ou superado ao 
menos uma vez.
 Se o tempo de retorno for de 10 anos, indica que a probabi-
lidade de ocorrência de uma cheia, num ano qualquer é de 0,1 (ou 
10%).
 Tempos de retorno admitidos para algumas estruturas:
Estrutura TR (Anos
Bueiros de estradas pouco movimentadas5 a 10
Bueiros de estradas muito movimentadas 50 a 100
Pontes 50 a 100
Diques de proteção de cidades 50 a 200
Drenagem pluvial 2 a 10
Grandes barragens (vertedor) 10.000
Pequenas barragens 100
 Onde: 
XT - vazão (ou chuva) para um determinado período de retorno T; 
x - média da amostra; 
41
S - desvio padrão da amostra. 
yT - variável reduzida Gumbel para período de retorno T. 
 O risco de uma obra hidráulica falhar durante a sua vida útil, pode ser estimada 
através da seguinte equação:
 Onde:
T = Período de retorno do evento hidrológico da obra
n = Vida útil
R = Risco da obra falhar
5.2. Método Racional
 
 O método racional é um método indireto e foi apresentado pela primeira vez em 1851 
por Mulvaney e usado nos Estados Unidos por Emil Kuichling em 1889 e estabelece uma re-
lação entre a chuva e o escoamento superficial (deflúvio). O nome método Racional é para 
contrapor os métodos antigos que eram empíricos e não eram racionais. É usado para calcular 
a vazão de pico de uma determinada bacia, considerando uma seção de estudo. Na Inglaterra 
Lloyd-Davies fez método semelhante em 1850 e muitas vezes o método Racional é chamado 
de Método de Lloyd-Davies. A chamada fórmula racional é a seguinte:
 
Q = C . I . A/360 (Equação 2.1) 
42 
 Sendo: 
Q = vazão de pico (m3/s);
C = coeficiente de escoamento superficial varia de 0 a 1;
C = volume de runoff/ volume total de chuva;
I = intensidade média da chuva (mm/h);
A = área da bacia (ha) . 1ha= 10.000m2.
Referências Bibliográficas
III Curso Internacional sobre técnicas de medição de descarga líquida em grandes rios, 
Manaus/Manacapuru-AM, DNAEE/CGRH – ORSTOM, 1997.
Felgueiras, C.A. Modelagem Numérica do Terreno. In: GIS BRASIL, 1998, Anais. Curitiba, Para-
ná, 25 a 20 de maio/98 (CD-ROM);
Mendes, C.A.B. Geoprocessamento em Recursos Hídricos: Princípios, integração e aplicação. 
Porto Alegre: ABRH, 2001. 536p.; BA. Editus, 2002. 293 p.:il;
Schiavetti, A & Camargo, A. F. M. Conceitos de bacias hidrográficas: teorias e aplicações – 
Ilhéus, 
Simpson, M.R. e Oltmann R.N., Discharge-Measurement System Using an Acoustic Doppler 
Current Profiler with Applications to Large Rivers and Estuaries - United States Geological 
Survey Water-Supply Paper 2395, 1993.
HIDROTEL – Hidrometria e Telemetria Aplicada Ltda - http://www.hidrotel.com.br
Intitute de recherche pour le Développement - http://www.ird.org.br/adcp.htm
Ministério do meio Ambiente: http://www.mma.gov.br/port/srh/acervo/publica/doc/oesta-
do/texto/197-212.html
RD Instruments, Direct-Reading Broadband Acoustic Doppler Current Profiler – Technical 
Manual, 1992.
http://www.hidrotel.com.br
http://www.ird.org.br/adcp.htm
http://www.mma.gov.br/port/srh/acervo/publica/doc/oestado/texto/197-212.html
http://www.mma.gov.br/port/srh/acervo/publica/doc/oestado/texto/197-212.html
Silva, J.X. Geoprocessamento para análise ambiental – Rio de Janeiro, 2001. 228p.;
Tucci, C.E.M. Hidrologia: ciência e aplicação. 3 ed. – Porto Alegre: Editora UFRGS/ABRH, 2002;
Tucci, C.E.M. Impactos da variabilidade climática e uso do solo sobre os recursos hídricos. 
Agência Nacional das Águas - ANA. Maio/2002.
Unesco - http://www.unesco.org.uy/phi/libros/hidromecanica/Trab%206.doc
http://www.unesco.org.uy/phi/libros/hidromecanica/Trab%206.doc
	Unidade I - Ciclo Hidrológico
	1. Introdução
	Unidade II - Bacia Hidrográfica
	2.1. Definição
	2.2. Principais Variáveis
	Unidade III – Precipitação
	3. Introdução
	3.1. Medição da Precipitação
	3.2. Preenchimento de Falhas
	3.3. Precipitação Média Sobre uma Bacia Hidrográfica
	Unidade IV – Medição de Vazão 
	4. Introdução
	4.1. Método Volumétrico
	4.2. Métodos dos Flutuadores
	4.3. Vertedores
	4.3.1. Vertedores Triangulares
	4.3.2. Vertedores Retangulares 
	4.4. Método Químico
	4.5. Medição com Molinete Hidrométrico
	4.6. Medição com o Barco Ancorado
	4.7. Medição com o Barco não Ancorado
	4.8. Método Acústico
	Unidade V - Hidrologia Estatística 
	5. Introdução
	5.1. Frequência de um Evento 
	5.2. Método Racional
	Referências Bibliográficas