Escoamento Superficial

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HIDROLOGIAHIDROLOGIA
ESCOAMENTO SUPERFICIALESCOAMENTO SUPERFICIAL
Autor: Dr. José Antônio Colvara de Oliveira
Revisor : Car los Henr ique Gald ino
IN IC IAR
06/05/2024, 16:07 Ead.br
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introdução
Introdução
Após uma precipitação, a água pode �car retida na vegetação ou em bacias do
terreno e depois evaporar; também pode in�ltrar no terreno e pode deslocar-
se sobre ele. A este último tipo de translação da lâmina d'água dá-se o nome
de escoamento super�cial. Esse deslocamento irá contribuir para o aumento
da vazão em rios, quando então se formam as enchentes devido aos picos de
vazão.
Durante a estiagem, ocorre um outro tipo de deslocamento, subterrâneo, que
muito contribui também para a vazão dos rios. Esse fenômeno, que ocorre
praticamente em conjunto, pode ser observado por meio de um grá�co
denominado hidrograma.
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O hidrograma é a ferramenta que permite visualizar, gra�camente, o
comportamento de um curso d’água ao longo do tempo em relação a uma
dada precipitação. Esse comportamento diz respeito à vazão e à maneira
como esta varia em função do escoamento, que leva a chuva até seu leito.
O grá�co apresentado abaixo ilustra esse comportamento. Observe que a
chuva, colocada em escala inversa na parte superior do grá�co, tem seu pico
antes do pico do escoamento. O escoamento super�cial permanece
aumentando até a vazão atingir seu pico. Também é importante observar que
o escoamento subterrâneo permanece mesmo após cessado ou diminuído o
escoamento super�cial.
O tempo diferencial entre a precipitação e o escoamento deve-se ao retardo
ocasionado por fatores como rugosidade do terreno, vegetação etc.
O HidrogramaO Hidrograma
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O �m do escoamento super�cial é caracterizado pelo ponto de in�exão
durante a fase de recessão, a partir do qual passa a haver predominância do
escoamento subterrâneo. Em relação ao tempo, há uma diferença entre o
escoamento super�cial e o subterrâneo decorrente do fato de que este último
ocorre internamente e depende, portanto, do tipo de solo pelo qual o líquido
irá se deslocar.
Vários são os fatores que interferem na maneira como o hidrograma irá se
apresentar. Alguns deles são:
Figura 2.1 - Hidrograma do escoamento num rio
Fonte: Collischonn (2013, p. 131).
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atividade
Atividade
O escoamento super�cial depende diretamente da superfície sobre a qual o líquido
irá se deslocar e da forma geométrica com a qual as bacias se apresentam.
Considerando o tipo de cobertura e a forma das bacias, analise as a�rmativas
abaixo em relação ao escoamento super�cial:
I. Em bacias urbanas, o escoamento super�cial é maior do que em bacias rurais.
II. Os picos de vazões são maiores em bacias rurais.
III. As bacias de forma mais próxima a uma circunferência têm picos de vazão
maiores do que as bacias mais alongadas.
IV. Em bacias urbanas, ocorre uma diminuição do escoamento super�cial.
Está correto o que se a�rma em:
a) I, apenas.
b) I e II, apenas.
c) I e III, apenas.
d) III e IV, apenas.
e) IV, apenas.
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O leito do curso d’água recebe suas contribuições de três maneiras diferentes;
duas delas são através de escoamento (super�cial e subterrâneo) e por
precipitação direta na superfície do rio, sendo, muitas vezes, insigni�cante a
perda por evaporação.
O início do escoamento super�cial só ocorre após algum tempo decorrido do
início da precipitação. Esse tempo decorre do atraso devido à in�ltração da
água no terreno e ao preenchimento dos vazios iniciais do solo, bem como ao
tempo aplicado no preenchimento das depressões.
O escoamento subterrâneo, para Garcez (1974), não sofre in�uências
consideráveis da intensidade ou existência das precipitações. Permanece
praticamente constante, e é graças a ele que os cursos d’água são
alimentados nos períodos de estiagem.
Componentes e VariáveisComponentes e Variáveis
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reflita
Re�ita
Considere o que até aqui foi exposto e analise a situação em
que a sociedade se encontra em termos de exploração dos
recursos hídricos. Re�ita sobre as tentativas de adequação
dessa exploração ao mínimo necessário para evitar uma
interferência maior nos recursos naturais. Leve em
consideração como estarão esses recursos após 30 anos
passados desde esta perspectiva. Como irão se relacionar as
necessidades humanas, a exploração dos recursos naturais e
a resposta que a natureza irá nos fornecer em função dessas
variáveis?
Fonte: Elaborado pelo autor.
Embora seja complexo o entendimento do conjunto de condições que
determinam o escoamento super�cial, algumas variáveis são de�nidoras,
tanto da forma como o fenômeno ocorre, quanto da intensidade em que se
apresenta.
As principais variáveis são descritas a seguir.
Vazão: é o principal fator a ser considerado. É o volume de água que transita
na unidade de tempo, normalmente expresso em metros cúbicos por
segundo ou em litros por segundo. As vazões máximas e mínimas são alguns
dos parâmetros considerados.
Tempo de concentração: para Pinto (1973), é o tempo para que toda a bacia
hidrográ�ca, após o início de uma precipitação, passe a contribuir na região
onde estamos focando determinado estudo. Outro conceito (COLLISCHONN,
2013) refere-se ao hidrograma, sendo o tempo entre o �nal da precipitação e
o �nal do escoamento super�cial.
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Tempo de retardo: medido no hidrograma, é a distância entre o centro de
massa do grá�co que representa a precipitação e o centro de massa do
grá�co da vazão.
Coe�ciente de escoamento super�cial: também denominado coe�ciente de
de�úvio ou coe�ciente de runo� . Consiste na relação existente entre os
volumes de água que escoa e o precipitado. Este parâmetro, em última
análise, evidencia a facilidade com que a lâmina de água irá se deslocar ao
longo da superfície considerada. Para Villela (1975), esse coe�ciente é muito
usado para se ter uma ideia antecipada da possível enchente provocada por
uma precipitação numa determinada área.
Nível da água: embora seja uma medida do curso d’água, é um dos fatores
que nos permitem melhor conhecer e dimensionar o escoamento, uma vez
que maiores níveis correspondem a maiores escoamentos. É o nível d’água
que permite diferenciar entre cheia e inundação.
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atividade
Atividade
Considere o início de uma precipitação numa determinada bacia. Temos um ponto
A nas proximidades do local mais alto, e um ponto B próximo ao exutório. Como se
chama o tempo decorrido para a chuva que caiu no ponto A comece a passar pelo
exutório?
a) Tempo de atividade.
b) Tempo de deslocamento.
c) Tempo de precipitação.
d) Tempo de concentração.
e) Tempo de vazão.
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Os fenômenos que inter-relacionam escoamento super�cial, in�ltração e
precipitação foram classi�cados, segundo Horton (1945) citado por Villela
(1975), como apresenta o Quadro 2.1, que divide as cheias segundos os casos
de 0 a 3. Essa primeira classi�cação deve-se às diferenças proporcionais entre
aumento da vazão e da depleção. Conforme se pode ver pelos grá�cos na
parte superior do referido quadro, temos diferença positiva com reta mn
ascendente. Quando for descendente, a diferença será negativa, e horizontal,
se essas duas condições forem iguais.
Classi�cação das CheiasClassi�cação das Cheias
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Quadro 2.1  - Classi�cação de cheias segundo Horton (1945)
Fonte: Adaptado de Villela (1975, p. 109).
O quadro apresenta as seguintes variáveis:
P: intensidade da chuva.
f : capacidade de in�ltração.
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F: in�ltração total.
D: de�ciência de umidade natural.
P: intensidade da precipitação.
Pe: precipitação efetiva.
Q: escoamento super�cial.
As diferentes colunas permitem as interpretações a seguir.
Tipo 0: intensidade de chuva P menor que a capacidade de in�ltração, o que
indica não haver introdução de água no solo e nem ocorrência do
escoamento super�cial. Isso implica que a in�ltração total F tenha valores
menores do que a de�ciência de umidade natural do solo D. Esta situação
ocorre quando o solo está seco durante os períodos de pouca chuva.
Tipo 1: ainda temos intensidade de chuva i menor do que a capacidade de
in�ltração, como no tipo 0. No entanto, a de�ciência de umidade natural D
agora é menor do que a in�ltração total F. Novamente, nesta situação, não
ocorre escoamento super�cial. Mas já ocorre acréscimo de água no solo com
a consequente variação da vazão do curso de água, que pode ser
acompanhada nas três situações A, B e C dos grá�cos na parte superior.
Em A: aumento da vazão menor do que a depleção (perda) da água do solo.
Em B: iguais acréscimos de vazão e depleção.
Em C: aumento da vazão maior do que a depleção. É importante notar que,
neste caso, o nível de água do lençol sofre um aumento, o mesmo ocorrendo
com a vazão do curso d’água.
Tipo 2: intensidade de chuva P maior do que a capacidade de in�ltração.
Também a de�ciência de umidade natural do solo D se mostra maior do que a
in�ltração total F. A consequência desses dois fatores apontam para a
ocorrência única do escoamento super�cial sem, no entanto, ocorrer
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acréscimo da água do solo.   Durante a cheia, continua havendo a depleção
normal. Depois de N, continua ocorrendo o regime da água do solo.
Tipo 3: intensidade da chuva P supera a capacidade de in�ltração f do solo.
Além disso, a de�ciência de umidade natural do solo D é menor do que a
in�ltração total F. Nesse caso, temos a ocorrência de escoamento super�cial e
aumento do lençol de água.
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atividade
Atividade
Consultando a classi�cação de Horton, analise qual a situação do escoamento
super�cial para uma região onde a intensidade da chuva é menor do que a
capacidade de in�ltração e onde a de�ciência de umidade natural é menor do que a
intensidade de chuva.
a) Não haveria escoamento super�cial.
b) O escoamento super�cial seria igual a precipitação efetiva.
c) Não haveria acréscimo de água no solo.
d) A in�ltração total seria maior que a de�ciência de umidade natural.
e) O escoamento super�cial seria igual à precipitação efetiva.
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As variáveis apresentadas anteriormente são fatores de in�uência sobre as
vazões dos cursos d’água que formam a bacia quando do escoamento
super�cial. Assim é que, em resumo, temos:
a variação da vazão instantânea é maior quanto menor for a área da
bacia;
as vazões máximas instantâneas serão tão maiores quanto (GARCEZ,
1974, p.167):
-maiores forem as declividades do terreno;
-menores as depressões que seguram a água;
-mais retilíneo for o curso d’água à montante;
-menor a área recoberta por vegetação;
-menor a in�ltração.
-maiores escoamentos para menor capacidade de in�ltração.
In�uência Sobre as VazõesIn�uência Sobre as Vazões
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Algumas grandezas são importantes para o perfeito conhecimento da bacia.
Entre elas, podemos citar como mais signi�cativas as apresentadas por
Garcez (1974):
Velocidade: obtida dividindo espaço percorrido pela lâmina d’água e o tempo
para percorrer este espaço.
Vazão: relação entre o volume que escoa pela bacia e o tempo para isto
acontecer. Também pode ser obtida multiplicando a velocidade média pela
área da seção onde está se medindo a vazão.
Declividade (da linha d’água): é a relação entre o desnível entre dois pontos
e a distância que os separa. Mede-se em metros por metro (m/m) ou mais
comumente em centímetros por quilômetros (cm/km).
Coe�ciente de runo� (ou coe�ciente de de�úvio, ou ainda, coe�ciente de
escoamento super�cial): trata-se da relação entre o volume escoado e o
volume precipitado. Normalmente dado em forma de tabelas, como nas
tabelas 2.1 e 2.2, abaixo.
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Tabela 2.1 - Coe�ciente de runo� para bacias hidrográ�cas urbanas para aplicações em
drenagem urbana e chuva de 5 a 10 anos de tempo de recorrência
Fonte: DNIT (2005, p. 128).
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Características da superfície
Coe�ciente de
runo� (C)
Revestimento de concreto de cimento portland
Revestimento betuminoso
Revestimento primário
Solos sem revestimento com baixa permeabilidade
Solos sem revestimento com permeabilidade
moderada
Taludes gramados
Prados e campinas
Áreas �orestais
Terrenos cultivados, em zonas altas
Terrenos cultivados, em vales
0,70 - 0,90
0,80 - 0,95
0,40 - 0,60
0,40 - 0,65
0,10 - 0,30
0,50 - 0,70
0,10 - 0,40
0,10 - 0,25
0,15 - 0,40
0,10 - 0,30
Tabela 2.2 - Coe�ciente de runo� (C) para bacias hidrográ�cas rurais. Para
aplicações em drenagem urbana e chuva de 5 a 10 anos de tempo de recorrência
Fonte: Adaptado de DNIT (2006).
O método racional: adotado largamente no Brasil, como por exemplo, no
dimensionamento de obras de drenagem, destaca-se pela simplicidade de
aplicação. Consiste na obtenção da descarga máxima a trafegar sobre
determinada área em função da precipitação de projeto indicada para a obra
em questão. Este método é indicado para pequenas bacias, cuja área,
conforme Tucci (2009, p. 812), é menor do que 2 km². Parte do pressuposto de
que a duração da chuva deve ser maior ou igual ao seu tempo de
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concentração. Daí resulta que a descarga máxima é fruto de uma chuvacom
duração igual ao tempo de concentração da bacia. A fórmula geral é:
Onde:
Q: descarga máxima (m³/s);
C: coe�ciente de runo� , tabelado, adimensional;
i: intensidade da chuva (mm/h), e
A: área da bacia hidrográ�ca (km²).
O valor da intensidade da chuva também pode ser obtido de:
Onde:
i: intensidade da chuva (mm/h);
P: precipitação (mm) e
: tempo de concentração (h).
Com estes parâmetros é possível conhecer o comportamento de determinada
precipitação, bem como prever a descarga com que a precipitação irá
contribuir para os cursos d'água da bacia.
Q = C∗i∗A
3,6
i = P
tc
tc
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indicações
Material
Complementar
LIVRO
Recursos Hídricos: História,
Desenvolvimento, Política e Gestão
Editora: LTC
Autor: Cech, Thomas V.
ISBN: 978-85-216-2164-5
Comentário: Este livro aborda os conceitos da
hidrologia, relacionando com os diversos ramos do
conhecimento humano como a matemática, a
geogra�a, biologia e política. Traz ainda um
considerável apoio histórico para contextualizar os
diversos capítulos.
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FILME
Quantum of Solace
2008
Trata-se de mais um �lme com o agente secreto
britânico 007. Neste episódio, surge a necessidade de
enfrentar um vilão que pretende assumir o controle
sobre os reservatórios de água de determinado país.
TRA ILER
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conclusão
Conclusão
Nesta unidade, tivemos a oportunidade de constatar a importância do
escoamento super�cial para o ciclo da água no planeta. A partir dessa
perspectiva, vimos como esse fenômeno contribui para a formação e a
existência dos mais variados cursos d’água e sua condução até o �nal da bacia
hidrográ�ca. Os tipos de escoamento, em seu deslocamento, são
dependentes de diversos fatores, como a forma da bacia, o tipo de solo e a
rede de rios que existe na sua condução. Dessa maneira, �camos com uma
noção da importância da engenharia na abordagem desse intrincado
relacionamento de chuva, solo, encostas e mananciais.
referências
Referências
Bibliográ�cas
AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS. Manejo da irrigação: quando, quanto e
como irrigar. [S.I.], [2019?]. Disponível em:
https://capacitacao.ead.unesp.br/dspace/handle/ana/250 . Acesso em: 15 nov.
2019.
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https://capacitacao.ead.unesp.br/dspace/handle/ana/250
COLLISCHONN, W. Hidrologia para engenharia e ciências ambientais.
Porto Alegre: ABRH, 2013.
DAEE. Departamento de Águas e Energia Elétrica do Estado de São Paulo.
Capítulo 3: determinação da vazão de projeto. [S.I.], [2019?]. Disponível em:
http://www.daee.sp.gov.br/outorgae�scalizacao/guia/capitulo03.pdf . Acesso
em: 27 nov. 2019.
DNIT. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Manual de
hidrologia básica para estruturas de drenagem. Rio de Janeiro: IPR-Pub,
2005.
DNIT. Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes. Manual de
drenagem de rodovias. Rio de Janeiro: IPR-Pub, 2006.
GARCEZ, L. N. Hidrologia. São Paulo: Edgard Blücher, 1974.
PINTO, N. L. de S. Hidrologia de superfície. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher,
1973.
TUCCI, C. I. M. (Org.). Hidrologia: ciência e aplicação. 4. ed. Porto Alegre:
UFRGS, 2009.
VILLELA, S. Hidrologia aplicada. São Paulo: Mc Graw-Hill, 1975.
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http://www.daee.sp.gov.br/outorgaefiscalizacao/guia/capitulo03.pdf