13 - Hidrologia_Tucci (Cap13)

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Capítulo 13
AQUISIÇÃO E PROCESSAMENTO DE DADOS
Pierre Chevalller
I Introdução
I I Os parâmetros da hidrologia
A hidrologia leva em conta todos os parâmetros que entram no fenômeno do
h I" du água dentro do meio ambiente terrestre. Geralmente, estuda-se este
h III 1111 água num .volume fechado que se chama sistema hidrol6gico.
() bulanço hídrico desse sistema pode se resumir, para um intervalo de
I 1111'" Iludo, segundo a formulação simples de conservação da massa:
utrndns + armazenarnento inicial = saídas + armazenamento final
IlIl'cllzmente, não é fácil avaliar e medir fisicamente os parâmetros que
11, I V~1l1 nessa formulação. As razões são numerosas e o objetivo deste
I'lIultl 6 o de apresentã-lo e comentã-lo.
l'ulU simplificar o problema, os hidrõlogos têm o hábito de trabalhar num
;'11-11111 hklrolõgico bem definido que eles chamam de bacia hidrográfica. A
11M. 111 11I111611I de um lado a noção topográfica' de divisor de água e de outro a
II rln ~I'OIl de interceptação das precipitações. O ciclo hidrol6gico e a
111 IdthllllflHica já foram descritos no capítulo 2 deste livro.
IIUMI"lUllcntc,quais são os parârnetros da hidrologia? Podem ser divididos
I 11 ". IJlllcf.!orlns:
s climáticos : precipitação, evapotranspiração e parâmetros
ligados aos primeiros (radiações solares, temperaturas.
ar, vento, ...) ;
do escoamento : descargas líquida e s6lida e parârnetros
Iig lidos aos primeiros (nível da água, características ca
nageUl, área da bacia dcllmítada pela rede de d nagern.
I 1m Idlld~'1 qualldndo ti li dgua C dos sedimentos transportados
flllllVllflhlo~ 111111I1'11111 IJ IIrllOclnls ... ) ;
IIlHntlltlllO~ 1.1111'IIlJIt.ldNIIOIlMdo IlIele) 1C'(lC'I)lOr (flCologw. lo/,>ogrnfill,
111111, \11 NlII\~~II, 111h1111II II\'RII • )
486 Hidrologlll
lU
Neste capítulo são abordados somente os aspectos -da avaliação
aquisição das precipitações e das descargas. A razão é simples: em termos d
recursos hídricos as primeiras formam as principais entradas no sístcnin
estudado e as segundas as principais saídas (com a evapotranspiração Ji{
descrita no capítulo 6).
'Não é suficiente medir os parâmetros, é necessário também processar, ('(1i
rigir, gerar e dar consistência aos dados medidos da maneira mais eficiento 111 I
sível. Portanto, a primeira dificuldade da medição é a validação dos dados lldqlll
ridos num lugar conhecido em dado instante.
I~
13.1.2 As dimensões temporal e espacial
A dimensão temporal
Todos os parâmetros da hidrologia são variáveis no tempo: o cllmu, "
escoamentos e o meio receptor têm uma evolução dinâmica, aprcscnnuul ••
tendências que podem, às vezes, serem representadas através <lu II
estatísticas.
A amplitude (a escala) desta evolução depende muito do purlllllrht~
escolhido e do fenômeno estudado. Na figura 13.1 é apresentada a alUpllllld
temporal de diversos fenômenos envolvidos no estudo dos recursos hfddl'll
Portanto, é necessário observar várias vezes os parâmetros, a frO\11II'1I1
e a duração do monitoramento, dependendo da rapidez do fenômeno 08111111111"
Exemplo 13.1. Para avaliar o volume médio escoado do rio Amazonas 011I nltltl'l
(área da bacia: 4 620 000 km2), medições mensais da descarga silo sufhllt \11
no entanto, dezenas de anos são necessários para quantificnr IIII"'IV
variações climáticas na bacia; de outro lado, para estudar as OOOhOIlIl'1 I'
bacia superior do arroio Dilúvio (cerca de 20 km2) em Porto Alogre JiH 111.1'
de medições de chuva com intervalo de tempo muito reduzido (no IIIrtxIlIl"
minutos) durante um período bem mais curto, que é a duração do (;lVl'lIj" ~I••
são necessários um número de enchentes (eventos) suficientes poro ""'" 1111111 •.1'
cálculo razoável.
Numa escala temporal detalhada, a chuva é um fcnôrncuo tlIU!llt'lIIJ 11
variável no tempo com intensidade que muda a cada lnstnntc 00 III
mesma maneira, os escoamentos nuturuis sno sempre turbulcn!
instantânea da velocidade o da dl.roçno do fluxo, l'l1ra mcd
é necessário intcgrã-las durante um lnte rvnlo de 1(~JIIpO "'"
uma médin razodvcl (elo 1l11l111l1t 1I0IllUIIIII/I1, IIId IIIUIUIII lJIllltlloll).
'11I1.1\,nO e Processarnento de Dados 487
: : : : : i
MUdanÇas ue<>16Qicas!:':'i+';:!:!'.!'·;';
MI'I'nllç~ CIi~áliC~S I.,:i..:",;,~"br i
.1...'-'"III'HlnISllyolTl: ~ : : :
i t$J Peiiodi~idad~ cliniáli~
i : : : : : :fi!' Cicl? cullural : : :~">~_~nchfinle (,io n1édio)
:holll (rloj peqJeno)j j :
V""hl nl~l~osoj : ' : : .
I n.nl· 1 100 l00c0
rompo (anos)
i : : G,a~de ~acia m
Proi~lo regional de Mm:mmÚI!J :
desenvplvulienlo . , . :
':'i:li'N:!,.,:,".:M:Zr$~:l:r:=:::: E~8nlo: Chll~OSO
: j i t.IA.M,' Bacia el~en~r i
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é:f,1.M;;g;M~·;i:i:}JVert~nle; i j
@lh:md par4ela t!xperirnen~1 ' '
o oiXl1, O,b1: 1 '100 ,OOOCY
J.,lea (km4
111,1111\ 1.\,Lnscala temporal de Figura 13.2. Escala espacial
!111Mespacial
111\ mesma maneira como foi estabelecida a figura 13.1, é possível
!1111 111111'1' lima figura 13.2 apresentando a área de influência de vários
111\1111'111111hldro16gícos.
iuulo a escala do estudo, os processos que vão intervir não são os
111".,11 o chamado efeito de escala. Em geral é muito perigoso
!",,,IIIIIIIOIIIO em modelação hidrol6gica) reunir dados adquiridos numa escala
ji~l_ 1,,1 IloOnldll com processos analisados ou métodos elaborados dentro do
Ili~lh11 li., umn escala maior ou menor.
'·:.fiu'lll.. tU. Não é necessário usar uma análise detalhada dos diferentes
I I' !lu Infiltração nas parcelas agrícolas de uma região, para estudar
lII.hl'lIluI do rio principal desta região cujo regime hidrol6gico é regulado
IltI". IIfluolltCl8 c/ou reservatórios : as descargas obtidas são função de
1I11't.wÔtlolLI de volumes de água já armazenados na rede hidrol6gica ou
11 vlutl.loN, ouju produção é uma combinação entre os escoamentos
,li. tl 11Ih.lt 11011, tumbérn Já transferidos através da vertente e da rede
otender CJU
(I
lisa Hidrologia
resultante da bacia de drenagem definida, O uso simultâneo de dados que nllU
tOm o mesmo sistema de referência é uma dificuldade adicional em hidrometrln,
,1.3 Representação espacial: informação geográfica
Para representar a informação espacial e temporal, usam-se geralmente
mapas de diversos tipos, estabelecidos a partir de levantamentos de campo, til
fotointerpretação, de análise da resposta espectral de uma imagem enviada plll
um satélite de observação da terra (Landsat, Spot, Meteosat/Goes, Noaa ...) IltI
de qualquer outra fonte de informação geográfica. Para considerar a dimL'l\~nll
temporal, um mapa do mesmo parâmetro pode ser preparado para dlvl'I'"
intervalos de tempo (em relação com a variabilidade temporal do parâmrtuu
Durante os últimos anos, com a capacidade de geração desta infQIIlIIH.
pacial, foi necessário desenvolver ferramentas especiais para gl'''11t
processar "estes dados espacializados: os chamados sistemas de in!()"IIII1~{lI' ,
geográficas. Existem diversos programas de computação nessa área, gcruluu 111'
dedicados a tarefas limitadas (processamento de dados de satélllill, ti
topografia, de zoneamentos de parâmetros ...). Mas alguns prognuun
npazes de juntar toda essa informação, superpondo os diferentes 1l11111l\N I,IlIil
deles, muito conhecido, é o Arc/Info; o INPE brasileiro usa o SIO/SI'l'IHI
quisição e Processamento de Dados 489
Mapa topográfico
Mapa geológico
Mapa dos solos
Mapa da vegetação
(culturas)
Plllura 13.3. Superposição de vários mapas através do uso de um SIG.
~
x+1
y+1
~v
y
1111 I~\••I. HI1I'H*'l\tu~'nll "I.I'fItI th~IO)lIl~f'l\llj\
490 Hidrologin
:1>11
IIU
li!!
Figura 13.5. Representação em três dimensões do modelo numérico do tllllt 111101
bacia de Booro-Borotou (1,36 km2, Costa do Marfim)
13.2 Aquisição de dados de precipitações
13.2.1 Generalidades
I"
'.1
É essencial lembrar que a aqquisição de dadosde chuva de b
é bastante difícil, embora a medição e os aparelhos sejam s!JllploN. Plullllllt
é muito raro encontrar uma série de dados pluviernétricos ou JlI\lvllll!lIllii1í,
confiável. Antes de criticar ou de analisar a conslstêncln tio. 11111111
necessário ter um bom conhecimento dos métodos de aqulslçü«, clll" IIIHIII 111
usados, dos lugares de instalação e, ainda, dn J)CI'IIC11111111Iulll,I
observadores ...
Basicamente, existem duas maneiras de medir a chuv1'/I
- pontualmente, com pluvlômcto
- espacialmente. com rndnrCR.
\I pluvl~llrI\IO~;
qlllNlçi'íoe Processamento de Dados 491
As medições com radares serão detalhadas no capítulo 23.
O pluviômetro e o pluvi6grafo são aparelhos que permitem medir as
111 , 11'll'ltllções. A diferença entre ambos é que o pluvi6grafo registra
IIIIlIIultlcamente, num suporte, os dados, ao contrário do pluviômetro que
1111'1INI\ de leituras manuais a intervalos de tempo fixos.
•••Instalação do aparelho
llxlstem várias normas de instalação dos pluviômetros e pluvi6grafos
1"'_'11' das tentativas de homogeneização internacional, realizada pela
li1I11111zaçãoMeteorol6gica Mundial.
Admite-se de forma geral que a interceptação da chuva deve ser feita a
1111111 nltura média acima da superfície do solo (entre 1 m e 1,5 m). O aparelho
flcar longe de qualquer obstáculo que pode prejudicar a medição
iilll<dlll~, .árvores, relevo, etc.). A figura 13.6 apresenta uma regra
1IIIuII.'Ilteadotada para cumprir essa necessidade.
l~---
-- ---- - -- -- -- -- -- -- -- ---
D>2h
1111111\IJ.6. Instalação de pluviômetro/grafo : a distância entre a superfície
11I1I'll'l.lpIIlÇl'(odeve ser maior que duas vezes a altura do maior obstáculo.
.J'"vllhnctro
é um recipiente de volume suficiente para conter as
dentro do Intervalo de tempo definido para a freqüência
de Inlercopt3.çno,
" tln, IIl1cCllllrallll de IOO,?OO,:1I4,
492 Hidrologia
400 ou 1000 cm2 (pelo menos para os equipamentos mais freqüentes). A
princípio o resultado não depende da área; mas é preciso não se enganar no
momento de calcular a lâmina precipitada :
v
P = 10-
A
onde P = precipitação acumulada em mm; V = volume recolhido em cm3 ou em 1111.
A = área de interceptação do anel em cm2.
Existem provetas calibradas diretamente em milímetros para medir
volume de água coletado no pluviômetro. A precisão de todas as medições «I
precipitação é o décimo de milímetro.
Em geral, os pluviômetros são observados diariamente de manhã cedo (
hora, que é fixada, depende do órgão operador). Uma norma internacional 111',1
que o acúmulo das precipitações em 24 horas (se forem várias obscrvuç
elas são adicionadas), observadas antes do meio-dia, seja atribuído LI!) di
anterior. O observador escreve todos os valores numa planilha com anotuç
complementares, se for necessário. A ausência de precipitação também Ó 11111
valor observado que não pode ser confundido com uma falha (lacunn) «I' /
observação.
Por razões especiais (geralmente dificuldade de acesso) a frcqüõncl« ti
visita ao pluviômetro é menor (decadiãría, mensal, até anual). NCNlQ I li."
prevê-se um volume maior do recipiente e coloca-se uma camada do 61<.'CI ,11'"\111
do aparelho para impedir a evaporação das precipitações colctadas,
13.2.4 Pluvi6grafo
A variabilidade temporal dos eventos chuvosos toma ncccssrírlr: ti 11.11 ti
equimento automático (pluvi6grafo) permitindo medir as intcnlilcllldul 01
chuvas durante intervalos de tempo inferiores àqueles obtido
observações manuais feitas nos pluviômetros.
Equipamento
MI\cll\'lto: IlN IlIlIll\lpll( li (fI~mll I~':IIlllll'lI/j tIIllllIllllIlIl"
(13.1
quisição e Processamento de Dados 493
hu"oulantes; b) reservatório equipado com b6ia; c) sifão e pesagem de um
rvat6rio suspenso e sifão.
'l'runsmíssão do sinal: as formas de transmissão do sinal podem ser: a)
utocânica (pena colocada na ponta de uma alavanca ligada ao movimento do
Iltw)r de medição); b) elétrica (sinal digitalizado: interruptor de lâmina
llnxfvcl, fotoelétrico, cápsula de mercúrio; potenciômetro; etc ...).
(a)
••~ ~ 2
(b)
sifonagem
eixo
~~~\
~
nche
sgota 7
2/~
.~
I~\lll\ 13.7. Pluvi6grafos: b) cubas basculantes b) reservatório equipado com
sifão
o: As formas de gravação da informação podem ser:
,\11\ em um suporte de papel: 1) fita colocada em volta de um tambor com
II de 24 horas até 8 dias; 2) rolo adaptado a um movimento de
1IBIIlIIIlcnto (transportador de carta) com funcionamento de 1 mês até 6
'IIIUIIIIIIIII" 011111111I1''1 .1II1i1.
Exemplo 13.6. No caso de uma chuva com intensidade de 120 mm/h duruntr 1 f!
minutos, uma velocidade de adiantamento de 20 mm/h permite percebe 1 I '~Ifi ./
intensidade forte numa faixa de 3,3 mm; se a velocidade for de 3 mm/h, 1\ 1111, II
de 10 minutos fica reduzida a 0,5 mm, o que compromete irrcmediavcluu-utt ,I
leitura da intensidade realmente ocorrida.
Na tabela 13.1 é apresentado o intervalo mínimo de tempo utll
segundo a velocidade do movimento.
494 Hidrologia
Transmissão do registro: Os registros são transmitidos de forma: a) manual
(suportes m6veis); b) a cabo (telefone, ligação informática); c) sem cabo
(rádio terrestre, satélite).
Precisão
:11
A precisão das medições pluviográficas depende dos dois parâmctro
envolvidos: o valor da precipitação e o tempo. A precisão de medição cstn
relacionada em parte com a área de interceptação (quanto maior é o volum
recolhido, tanto melhor é a precisão) e por outra parte com o sistema li
medição (um registro contínuo com aparelhos de sífonagem fornece uma prccisüu
melhor que um registro descontínuo com cubas basculantes).
Exemplo 13.5. A precisão em altura de um pluvi6grafo basculante de 400 CllIJ I'
de 0,5 mm (volume de eada cuba). A precisão de um aparelho de pesagem de ?OO
cm2 chega a 0,1 mm. A precisão no tempo, também é muito variável. No coso ti
uma gravação em suporte de papel, ela depende da velocidade do adiantanicutu
Tabela 13.1. Intervalo mínimo de tempo (minutos) em função da vcloclrhulr d.l
movimento do pluvi6grafo.
-
velocidade < 1,5 1,6/3,1 3),/9,9 10/19,9 20/49,9 >50
(rum/hora)
intervalo 60 30 15 5 2 I
mínimo (min)
No caso de uma gravação por equipamento clctrõnlco fi rm'd~1l11 1"111
chegar a um segundo.
Descrição de alguns aparelhos do merendo
NI\ I"hclu 13.2 IIno rt)~lIl11ldll
oUlIIII~,O (,U/ltl1 di' IIIHpluvl
1\111 (H~l!.IlI1lI\l1llllthl' li I' 111
qulsição e Processamento de Dados 495
lnhela 13.2. Características de alguns pluvi6grafos.
po origem área sensor suporte duração precisão precisão
(cm2) precipit. tempo
(mm) (min)
'LG 4 Brasil 200 pesagem! tambor 24 horas 0,1 5
sifão
LG 7S Brasil 200 pesagem! tambor 8 dias 0,1 30
sifão
brecht Alemanha 200 bóia/sifão desenro- 1 mês 0,1 5
lador
~cis França 1000 cubas tambor 24 horas 0,1 5
unique
dlpe França 400 cubas cartucho > 6 meses 0,5 1/60
II
III
11\
I
It
I. " " 17 " " eo II ti
...
Illillllll I :1. H , Hx Imll! cio (111111'11I111\ 11
l'll"I~'IIIII/H~ (phlv
hUVII do 201/11/1990 r~IlIRtnl(llI em
1'\1 fi I 1II PU11)
496 Hídrologla
Processamento dos dados
I~I
II
o processamento dos dados adquiridos em suporte eletrônico é rollo
diretamente com uso de um computador ligado a uma leitora adaptada ao tipo ti
suporte utilizado (em alguns casos esta ligação pode ser direta).
Os dados gravados em suporte de papel são tratados manualmente ou Rem
automaticamente através de uma mesa digitalizadora que pode tranemlth
coordenadas para um computador carregado com um programa específico. A nglll
13.8 apresenta o diagrama de uma chuva registrada com um pluvi6grafo IH PU I
(ver as características na tabela 13.2) e a figura 13.9 mostra o hietonrnut
obtido depois do processamento através de uma mesa digitalizadora.
150· •
~ 100" " .
É.
Q)
"'O
C\l
"'O'ê 50 r. ··················••····························••···,
Q)c
o I Iif,,'iill
14:24 15:36 16:48 18:00 19:12 20:?4
Figura 13.9. Hietograma da chuva de 24/11/1990 registrada em 1
13.3. Aquisição de dados de escoamento
13.3.1. Medição de cotas
Existem diversos métodos para medir a descarga líquldu do UIII
água. Salvo em alguns casos específicos, não é possível. na pt~tIOIl, 1111111••,
diretamente a descarga em um dado instante, sendo as mcdlçõe« .ltllllllutl
caras. Para conhecer a vazão ao longo do tempo cstebcleoc-se IIlIm 11,1
ligando a altura do nível da água com a vazão, pois ó multo 111111. '''1111 iiif(1I
a referida altura. O conhecimento dessa relação (cUlVI\-uhIlVI') p,·,iii
substituir a medição contínua dns descnrges por lUiIU modlol'(1 '111111111111' II
cotas (níveis da ãguu).
Para cstebcteee- u curvn-chnvo oxlllltllll vdtloN IlIÓlo(lolI '111I1 I'tuliwl
1llSlIll1clldo. em (11"1/1 olllo/wd,,··
'ti I
III
./
1II
o e Processamento de Dados 497
métodos teóricos que usam as equações gerais da hidráulica;
métodos experimentais que estabelecem a curva-chave a partir de
vários pares cota/descarga medidos experimentalmente com uma
distribuição, se possível, bem regular.
l'ltfO medir o nível {a cota} de um curso de água a maneira mais simples é
,1, ullll uma régua vertical na água e observar com regularidade o nível. Para
'11I1I1"f " qualidade das observações, a régua (ainda chamada linlmetro) é
.1 !IIh"h\ com referência a um datum (o ideal é usar uma referência de nível do
I. '1IIIIIIIIIOOtogeral da região, o que nem sempre é possível).
A. réguas são geralmente constituídas de elementos verticais de 1 metro,
f~lhll"lo8 em centímetros. São placas de metal inoxidável ou de madeira
líltlt 1\111\8de maneira que o elemento inferior fique na água, mesmo em estiagem
IIt'hmnl (figura 13.10).
Om
3m
nrvel médio
1m
nível estiagem
" j:\. IO. Esquema de instalação de elementos de régua na margem de umrio.
Ô, no
(pequcn
comum
um" voz por dln, A
o Otllll(UIOho o.
mil UIH VN 110(10
OI\SO
baol
gerul,
qulpnd
498
re.urnid
111\010.11\\
Hidrologla 1_11!1\0e Processamento de Dados
Escolha de um lugar de Instalação
Na verdade não há regras gerais para escolher o lugar de instalação ,I
uma estação fluviométrica: os fatores intervenientes são numerosos dcm»
para serem listados em um simples inventário. A princípio, a estação devo 11'1
colocada num trecho reto, com uma seção transversal onde a velocidade .1••
fluxo é, se possível, estável a qualquer cota, tanto em estiagem como OUI
cheia. Deve existir a jusante uma seção de controle estável que pcnull
manter idênticas as condições de escoamento ao longo do tempo. Em pequem:
rios, se essa seção de controle não existir, pode ser construída.
Em geral, é muito difícil achar o lugar ideal e a escolha de uma
obedece a outras considerações: proximidade de um possível obsci vlullll
acesso, lugar de obras projetadas, existência de uma ponte que pode se
para medir as vazões, etc... Precisa-se achar as melhores condições c
boas estações contrárias à lógica da hidráulica.
llllrlbor-----.,
roldana
contra-peso
rboia
I
I
,'I
H"h dmlda
Linígrafo
111il 1;\.11. Linígrafo de b6ia Figura 13.l2.Linígrafo de pressão
É mais prático associar à régua um aparelho automático,
linígrafo, que grava continuamente ao longo do tempo as variaçõo
Isto permite registrar os eventos significativos de curta duração
especialmente em bacias de pequenas áreas.
IIUIIIIII
do IIh•.1
l'lI lU ,wlí'Í
omo para as medições pluviográficas, a precisão das medições
111" com linígrafos depende por um lado das cotas e por outro lado do
dl\ modlção,
1\10018110 na medição das cotas é, em geral, o centímetro, salvo em
rln llltlÚ\Ç!tO feita com estruturas hidráulicas calibradas e de escoamento
Iqllllli/,l\doonde ela pode chegar ao milímetro. Em geral a turbulência dos
IIll'1ulllN Iuz com que os mesmos apresentem variações rápidas, aleat6rias e
IIllflllmlc variável (de alguns mm até várias dezenas de cm). A cota a levar
1111111 d aquela correspondente à média dessas variações.
II,Quldo do tempo da medida tem uma importância menor que no caso da
1/1", pois a variação da grandeza medida apresenta variações muito
IIIII~O'.Uma precisão de 5 minutos já é bastante boa e é usada no caso
111I11,. cio pequenas bacias com tempo de concentração rápido e duração
1I1 dll uhoh\ (exemplo: escoamentos urbanos). Alguns aparelhos com aquisição
111111hlll jlU.SlIom uma precisão variável: normalmente é realizada uma s6
I l'l.~fl 1\ oll(]n 30 minutos, o que é suficiente para escoamentos com poucas
: HllliI, 50 1\ variação do nível for superior a um determinado valor
111'11111I11111110;por exemplo de 1 em em 5 minutos), o intervalo que separa
V,\~ntlR podo ser reduzido do 30 minutos a um minuto, o que permite
I 11'\I, 111111I prcolllno udoqundl\, um evento rapidamente variável; este
li f " I)OIlH~1 vndo 1l1Ó ter \11111\ varlncão abaixo do critério adotado.
Equipamento - Como no caso dos pluviógrafos é possível classifi
de linígrafos segundo as quatro etapas da aquisição: medição, 1.1'1\0'111
sinal, gravação, transmissão do registro.
Quanto à medição as principais técnicas encontradas
flutuante (figura 13.11); b)sensor à pressão de gás (clrcult
fechado) (figura 13.12); c) sensor eletrônico (deformação de um
correção das variações de temperatura.
Quanto à transmissão do sinal: a) mecânica (pena ou codll
na ponta de uma alavanca movimentada com cabo e roldan 1\),
redução da amplitude do sinal em uma escala definida (l: 10
mas se encontra também 1:1, 1:2. 1:2.5, 1:5 ou 1:20); b) 01
e digitalização do sinal emitido pelo sensor).
Quanto à gravação: a) em suporte de papel, quo podem
em volta de um tambor com rotação de 1 hora até 1mOs ou grc1f1t'4f
um transportador de carta com funclonamcnto de l uló 6 rno.oftl h) I
em um suporte eletrônico ou magnétlco que podem Ror: 1II0Ull11
cartuchos, disquctes mõvcis ou t1tllA lllllgnétloll/l; o) trulUIIIIIIII
atual,
unnt
lolu(ol)(l, I
trunsu I(.\WflO
lono 11l111l1l1l11
11111. Ilu Ultrrcn,ln: 1\/1 Il\holll 1•••
1llIlJlufll"lIlul OIlCJIIIIWulll' 110 IlIN
499
;11111
1m
U
"I~~I'
I1 ~II'"
lU
500 Hidroloi
internacional. O custo de um linígrafo no mercado internacional (sem tUI!.
locais) se situa (segundo modelo e acessórios) entre US $ 2.500 e 10.000.
Tabela 13.3. Caraterísticas de alguns línígrafos.
tipo origem redução sensor suporte duração precisão I1lralturas Irl
(em) (11
IH Brasil 1/10 bóia transporta- 1 mês 1
dor carta
OTI X Alemanha 1/10 bóia tambor 8 dias 1
OTI R16 Alemanha 1/10 bóia tambor 1 hora a 0,1 a 1
I
1 mês
Foxboro Canadá 1/20 pressão gráfico 1 mês 1
fechado circular
Neyrtec França 1/10 pressão transporta- 1 mês 1
aberto dor carta
Chole França - eletrônico cartucho > 6 meses 1 I=
Processamento dos dados: o processamento dos dados limnigráficoS plrrllili I
o registro do nível de referência, isto é a cota medida na régua do hllll••
registro de dados.
Os dados provenientes da aquisição em memória eletrônica silo pm
diretamente através do equipamento adaptado ~ leitura dessa mcmõrl«
caso, o registro digital é realizado a intervalos fixos. Se o t/J~I.IIII
apresentar nenhuma variação entre dois ou vários intervalos, 11
inúteis são eliminados. Os dados gravados em um suporte de papel
manualmente ou serni-automaticamante da mesma maneira qu
pluviográficos. A principal diferença reside no fato que Osloll ,hulll
contínuos e é preciso conferir se o início de um rcglallll
correspondência com o final do registro anterior. A figura 13.13 "1'1
diagrama de uma cheia complexa registrada com um IIn(21'1I1'0111
características na tabela 13.13).
13.3.2 Medição de vazão
I) o Processamento de Dados
I'"r capacidade;
"!Ir medição das velocidades do fluxo da água;
1'"1' diluição de um traçador;
1'1' f6rmulas hidráulicas e/ou dispositivo hidráulico correspondentei
pllr outros métodos (õptíco, eletromagnético, similitude com modelo
llmddo em laborat6rio, avaliação visual, etc.,,)
- -
- ..~=- J'
--:;:, ,.. I ,~- I
"--=::;::;; ::::I I _A• S;;'
I , -
I , ~:
I' " ". " nnr',I\J " i4....~- ... ~ I " ..•...
-- ~ ~
-~ =-- "'--=- - •.•.........
- ~-- =-
-- ==-
==-
hei a de 24/11/1990 registrada no arroio Turcato - Pejuçara/RS
(línígrafo IR)
11a. primeiras categorias slo as mais usadas e a segunda deve
111"1 111111. do 80% das medições de vazão realizadas no mundo em geral e
111 partloular, Por esta razão o mesmo é apresentado em detalhe.
11/\ rdpida desoríção do método por capacidade. A seguir o método de
II I'0l' dtlulçllo de um traçador será resumido. Para os métodos
I leitor poderã consultar os manuais de hidráulica geral. Os
10 ouriosldades dosenvolvidas em casos especiais que pode-se
turn especlatlzada
(I por cnpof'11!ut
501
502 Hidrologi
recipiente que não pode ultrapassar 100 litros, o que já representa um pC9l1
considerável a manipular.
Ainda que apresente esses inconvenientes, esse método, de 6t1I) 11\
precisão, é usado para medir descargas de rios ou canais (irrigação, pOl
exemplo) muito pequenos, equipados com vertedor triangular, permitindo li
concentração do fluxo da água em jato.~I
~IIHI
11 ~ I
ti di
Medição de vazão por medição das velocidades do nuxo da água
Princípio: a descarga líquida numa seção de um rio é, por definição, O vohuu
de água que atravessa esta seção durante a unidade de tempo. Isto
descarga dQ que atravessa uma área infinitamente pequena dS (figura 1:1.1·11
pode ser escrita na seguinte forma , onde V é a velocidade do fluxo
dQ = V dS
t+1
.Figura 13.14. Definição da descarga líquida
Para obter a descarga que vai atravessar a seção total,
operar a dupla integração da fõrmula elementar sobre a área totul I
(figura 13.15).
O conhecimento da velocidade do fluxo em todos os ponroa 11
permite calcular a vazão. Na prática, as medições de vclocldad
um número limitado de pontos representativos da vclocldnde,
pontos são escolhidos em várias verticais distrilm(du/I IlIl
13.16).
Existem vários métodos para calcular a vazão, fi IIUIIII
velocidade medida em pontos. Um dos mais usados Ó O mó todo (1
vertical realizado graficamente. Ele: oonsisto om:
'I:
III~
(1:\ "
./
jlll.k'no e Processamento de Dados 503
".011111 uma vazão média por unidade de largura no lugar da vertical;
I I Illl.trulr a curva dessas vazões por unidade de largura ao longo da largura
II ti", 1\ área assim delimitada, Q, representa a descarga líquida do rio.
,11111 11.15. Representação esquemática da descarga líquida que atravessa a
seção de rio.
Integração
da vertical
Il1lIJoroçOO
11ft 00000
V'CIUvlUaU'I:õ m/s)
v1
Itllllllll\ (111)
I 1111111 I~'.lt', ('.I\lmh, dl\ tlll~1111I"ll\ 1I(llIltlI\ l't~11I uU\lllIlo dl1 IUIl'III1,~'1111 11"1
vruh 11
I~
504 HidrololtUI
Exemplo 13.7. A medição de 14/12/89 no Rio Taboão, em Pejuçara (RS), deu
seguintes velocidades para a vertical n.5. As medidas indicadas se referem
elevação acima do leito.
Profundidade Velocidade
em m/s
O (fundo)
4 0,356
8 0,493
12 0,535
17 0,552
22 (superfície)
A integração da parabólica construída a partir destes valores (11' IHH
vazão por unidade de largura no local da vertical de 0,103 m2/s. NIIH 11I111
verticais obteve-se os seguintes resultados :
Distância da Vazão por unidade
margem direita de largura
m m3/s
0,01
0,5 0,059
1,0 0,076
2,0 0,084
3,0 0,084
4,0 0,103
5,0 0,047
5,552
1 - margem direita
2 - margem esquerda
A integração dos resultados de cada vertical, B
conduz: a uma descarga de 0,402 m3/s. Corno 0)(,
construir as curvas correspondentes verlflcando O
planlmotria das drot\S obtldns.
It(lldpnllumtu: Illl'l-IIQ 11111'11 1)\(,1tll ••• \ y
./
IIII.I~"\)c Processamento de Dados
1IIIIIIId,," com uma hélice que gira quando é colocada no sentido do fluxo da
!II( llxlstcm vários tipos de molinetes e hélices. O princípio mais usado é
11I1119(\0 em tomo do eixo abre e fecha um circuito elétrico. Contando o
II d" voltas durante um intervalo de tempo fixo, obtém-se a velocidade de
líl~ RI! tlu hélice que está relacionada com a velocidade do fluxo, através de
li I lt'lIll\l!u do tipo:
V=aN+b (13.3)
velocidade do fluxo; N = velocidade de rotação; a e b são constantes
,"lIllf",lol\s da hélice. As constantes a e b são fomecidas pelo fabricante
1"1111\11\ ser verificadas em canais especiais de calibragem. O valor a,
1III/ll1hllldo passo da hélice, é a distância percorrida pelo fluxo em uma volta.
1',lu\ contar os impulsos gerados pelo molinete utiliza-se um conta-giros.
I 1111\ II11l1bémvários modelos: a) muito simples: luz piscando ou bip
III[IIIIIIIIIdo com cronômetro; b) mais elaborados: contadores com dígitos
IIh 11M (tipo velocímetro e carro) ou eletrônicos e cronômetro integrado.I',,, 11 escolher uma hélice, a velocidade aparente média da água deve ser
11111111, pois com uma velocidade de rotação alta demais, o conta-giros pode
1IIIIIdoserrados (limite de 1 a 2 voltas por segundo com um contador
I, 1111111', UO máximo 20 voltas/s com um aparelho sofisticado), e com uma
I" Idlldu de rotação baixa demais a má integração da turbulência do
HIIIII)llhl pode prejudicar a medição.
'ijHudo as condições do terreno o uso do molinete pode ser feito de
nínuclrns (figura 13.17):
II ,"!t, UIII uma haste, com o operador ficando de pé na água (medição a vau)
11111111\ pOl)lll;
fi "ti" 1111 ponta (ou acima) de um lastro (peso entre 10 e 100 kg) que
111 IHIU\ Ionna especial (de peixe) a fim de manter a hélice orientada no
!ltI" Illlllh'ltdo ao fluxo; o lastro é movido por um cabo eletroportador (que
tllI 'J\lIIl1dlll os impulsos); o comando do sistema se faz através de um guincho
1111 11111 um suporte com roldana acima de uma ponte ou de t.'U'co,ou ainda
'"du 111\ lIlurllOfi do rio com um sistema de roldanas (teleférico).
505
506 Hidrologla
partir do barco, por sextante ou com um aparelho de posicionamento a purtlt
de satélites (GPS).
Precisão e limites - É geralmente admitido que para obter uma prcolHnu
razoável deve-se efetuar entre 6 e 20 verticais na largura com 4 a 8 pontu
de medições de velocidade por vertical. O tempo de medição deve ficar I
faixa de 30 a 60 s (o valor de 50 s é o mais usado). Mas é óbvio que éllIl
números podem ser alterados em função das condições particulares do 100111
IIII
IIYI
lIlI
./
(c)
Figura 13.17. Exemplos de dispositivos de medições: (a) com haste, (li') l:fllit
barco, (c) com teleférico
As velocidades limites que podem ser medidas com molínete
de 2,5 rn/s com haste e de cerca de 5 m/s com lastro. Acima desfi
riscos para o operador e o equipamento chegam a ser altos. Em bOM ('IIIUj
admite-se que a precisão relativa da vazão assim medida é do CO((' li .1
Pode chegar a valores bem piores ...
Métodos derivados - Em certas condições utilizam-se técnlcus dl/t,ltli"
medição:
a) em caso de alta velocidade ou do dcficiõnola d
superficial pode ser medida usando
cronomctrando o tempo de porOUf/lC. li
roforOllcJus nu 1I111fllCUl
1111 e Processamento de Dados 507
I '111 !lUSO de rio de grande largura, usa-se um outro método de íntegração da
hu klndc (método do barco móvel); o barco se desloca com uma velocidade
1I_lIlIIlcde uma margem a outra, com o molinete fixado numa leme especial a
111111 pmfundidade constante. A decomposição da velocidade do barco e das
hu hludes indicadas pelo molinete possibilita estabelecer a velocidade
Ildlll cllI água na profundidade escolhida. A medição se repete a várias
1'1 1llllulldndes.
,,1I1""\u de vazão por diluição de um traçador
vezes, não é possível realizar medições com molinete. As principais
velocidade da água alta ou escoamento com muita turbulência num leito
11111110 irregular (um exemplo típico : os rios de montanhas);!lNlgo devido a um transporte importante de corpos sólidos pelo rio
(Ihvores, lixos .diversos, ...) ou a uma impossibilidade técnica de
eutrur na água (leito encaixado, cachoeiras, ...).
medições podem ser realizadas injetando no rio uma certa quantidade
1111 uuçador químico e depois medindo como este traçador se diluiu. O
!l11! 11'111 é o seguinte:
cQ=q-
c
(13.4)
11111,) fi 11 vlIZl'IO da injeção do traçador; c = concentração inicial do traçador;
COlIl'tllllraçilo das amostras depois da diluição no rio; Q = vazão do rio.
n••" NIIIUÇÜO pressupõe uma injeção contínua com vazão constante. Com um
II 11'111 Ill'lIlt.:lhnnte pode-se efetuar uma injeção instantânea.
11. produlos utilizados são vários, principal mentes corantes, e devem
1111 nlltul1uls condições:
ti IlIo<lUlo0[(0 deve reagir quimicamente com a água ou com substâncias
1IIIIIdllll 1\1\ dgl1l1 e no leito;
IlldllllC precls» Ror facllmcntc realizada c com precisão rnzoãvcl;
" IlllHlnlr>nRo pode ser tõxlco para fauna, vegetação ou consumo humnn ••,
IH'UI o()IIIlNlv() o Incllmcnto solúvel:
(I 11I11I)t,tlIIJll~l1tc:l 11(l.'dllll NN bnruto.
)1111I1111011 1\1\llilIlHmlt~ 1111111I1I1'111d08pm'lI
Il " \llth"llhll'.
11 \I IIlrfl1l111l11l
508 Hidrologl
13.4 Curva-chave (relação cota-descarga)
Este item é uma adaptação autorizada do livro de Jaccon e Cudo (198CJ)
Os títulos dos parágrafos correspondem aos títulos dos capítulos do rcferldl
livro.
13.4.1 O conhecimento do campo, algumas definições
O leito de um curso de água
O leito do rio define as condições do escoamento por meio da sua fonn
pela sua rugosidade. Um dos problemas essenciais para a definição da rolllOlll1
cota-descarga é o desconhecimento da variabilidade ao longo do tempo d
duas características.
A geometria do leito do rio pode ser examinada através do seu tr"~11I11I
do seu perfil longitudinal e da seção transversal. O traçado 1.10)11'11I1
principalmente da geologia local (rochoso ou aluvionar). O \1I'lrI!
longitudinal (considerado de montante para jusante) é representado por II
linhas: a inferior corresponde ao traço do fundo do leito e a su
traçado da superfície livre da água (figura 13.18). A deolívidade do
uma característica pouco variável no tempo que depende da topo
região. Mas a declividade superficial é variável com a descarga.
A seção transversal tem vários elementos geométricos que Vllrllllll "I
função do nível da água (o zero da régua sendo o nível de refcrêncln),
elementos são:
- a área molhada (S): é a área da seção transversal ocupada J
(em m2);
o perímetro molhado (P): é o comprimento da linha do conuuo
superfície molhada e o leito (em m);
o raio hidráulico (R=SIP): é o quociente da ároa mollulI
perímetro rnoll.ado (em m);
a largura superficial (1): é o comprimento da linha horl
molhada (em m);
a profundidade média (hrn): é o quociente da ãre
superficial (em m).
Processamento de Dados 509
10 valor do coeficiente K da f6rmula de Manning-Strickler (tabela
U = KR2/3Jlll (135)
velocidade média do escoamento em rn/s; R= o raio hidráulico em m;
llvidade superficial. Na tabela 13.4 são apresentados alguns valores
lente K.
Distâncias (m)
Figura 13.18. Perfil longitudinal de um rio.
I"""li, 13.4. Valores indicativos do coeficiente de rugosidade
Nll1urc1.u do leito K
uucrcto 67
~.,llIrllllimpo de fundo liso e horizontal 50
~I\IUl'llt limpo de fundo rugoso 33
NI'hlfl,t com vegetação 20 a 10
'I
IAVI
10 Hidrologl ••
Largura (m)
1500 2000 2500 3000 3330
_::0\5<00
-5 J
I
-10 I
1000
~
-15
-20
-25
Batimetria do di
(segundo Jaccon et
Figura 13_19. Perfil transversal da seção de medição do rio Solimõ
Manacapuru (AM)
A relação cota-descarga
A relação cota-descarga de uma seção permite calcular a dosolll
rrcsponde a uma dada altura de água. Esta relação é determinada )lUl 1111I
representação aproximada do traçado da curva de calíbragem, feltu •• )Ilílll
dos resultados das medições e apoiada na análise dos parRmohul .1
coamento, A relação cota-descarga é apresentada sob três formas, I011lhu1'1I1
ooladas: à representação gráfica, à f6rmula matemática c h 1I1h"IR .1
Ilbragem,
A representação gráfica é a forma mais utilizada; a reli,
representada por uma curva traçada em um sistema do eixos rqlllll~1I1
rnlmentc sob a forma hcf(Q) que é o padrão ínternaoíonal (Oaur'u 11 111
Ux.I/lte também o contrário: Qcf(h) (forma adotada pejos hidrólo/w. 11111
por exemplo - 13.20b).
Toda relação h/Q podo ser representada, na sua totalldAdo 0\1 lllll I
uoesslvce, por expressões matemáticas. As duas formas Illlli/) 11111
orma exponencíal:
(11 • ho)n
() nfvl'l ti" • 11 11
çno e Processamento de Dados 511
() é nula; a e n são constantes determinadas para um local;
rlllma polinomial:
Q = 80 + a1h +~h2 + ... + ~hn (13.7)
11 11I1118 freqüentes as representações do polinômío de primeiro (reta),
IIllu (parab6lica) ou de terceiro grau (cúbica);
tabela de calibragem é a forma representativa (mal. Um exemplo é
plV~lIlltHdona tabela 13.5.
I'nhtla 13.5. Exemplo de tabela de calibragem (arroio Turcato, Pejuçara-
I/,H), ,descargas em m3/s.,..
h ° 1 2 :3 -r -<4 5 6 7 8 9 hI em
0,060 0,076 0,092 0,108 0,124 0,140 0,156 0,172 0,188 0,204 20
0,220 0,241 0,262 0,283 0,304 0,325 0,346 0,367 0,388 0,409 30
0,430 0,457 0,484 0,511 0,538 0,565 0,592 0,619 0,646 0,673 40
0,700 0,736 0,772 0,808 0,844 0,880 0,916 0,952 0,988 1,02 50
1,06 1110 1,14 1,17 1,21 1,25 1,29 1,33 1,36 1,40 60
a
(A) Q (b) h
liiill ntnol\o huernnclonal, b)
,
I~I I
1Ii1111~1' '
l I ~., I•• U.,
I i
512 Hidrologia
A relação cota-descarga é unívoca quando um valor de descarga
corresponde somente a uma cota; caso contrário, a relação é não-unívoca, O
principais tipos d,e calibragem podem-se apresentar da maneira seguinte:
Calibragens unívocas: a) seção estável com um s6 controle: geometria reguhu
(figura 13.21.a) e geometria irregular (figura 13.21.b); b) seção estável 00111
vários controles (figura 13.21.c)
Calibragens não-unívocas: a) seção ou controle instável: pequena ínstabllkls
de em águas baixas (figura 13.22.a), grande instabilidade resultado de vádll
curvas unívocas (figura 13.22.b) e muito grande instabilidade resultado lIu
rebaixamento e assoreamento do leito a cada cheia que geram várias curvas mn
laço (figura 13.22c); b) declividade hidráulica diferente entre chcl
vazante: pseudo-univocidade cheia/depleção (figura 13.23.a), psclldl1
univocidade ocorre somente na cheia (figura 13.23.b) e regime heterogêuo«
devido as condições de escoamento que se modificam a cada ('h I"
cheía/depleção (figura 13.23c)
h h-: h
(8) a (b)
Figura 13.21. Calibragens unívocas
h h
r
h
(o) a (b)
FIJlUfb I... 'I' 1/ 11\
/
1111I.1~lloe Processamento de Dados 1.1
h& -: '\ - h& ,/ •
I
~
....- /I,~
(8) a (b) 'o" (o)
1111\ 13.23. Calibragens não unívocas com declividade hidrãullcn (1I/~wl1l
entre cheia e vazante.
I'rnçado da curva-chave
II turçado da curva de calibragem é a primeira fase da transformuçüo dll
III descargas. O traço é realizado a partir dos dados disponíveis, 11I11
1111"dos casos a ausência de medições em cotas altas ou baixna Imp
urnpolação da curva em suas extremidades.
crftlca dos dados disponíveis
Ilpos de dados compõem a informação original: aqueles que 0011
fnclto, as observações Iinimétricas e a Iistagern das rnedlç
medição: o dossiê técnico da estação constltuí o p•.hut1llll
r consultado. Ele dá informações relativas:
111011I
8 um eventual con ou li 11Im
1111111.,
(Ilhdllt,
I'U'(llIcllllt'lllIlIl
514 Hidrologí
Dados linimétricos: a informação básica é constituída de um conjunto de pari
compostos de uma cota linimétrica e de uma data e hora exata da observação
desta cota. Esta informação toda é reunida e classificada para constituir \111\
cronologia que geralmente é transferida para um suporteinformático a fim li
tomá-Ia acessível e disponível sob múltiplas formas.
A comparação das informações do dossiê técnico da estação c I1
cronologia linimétrica serve para verificar a homogeneidade desta última ti11,
se for necessário, permite decompô-Ia em subcronologias homogêneas. Cada 11111
dessas cronologias é caracterizada:
,~,,
'~I
iLIII ~
- pelas datas extremas que limitam o período de validade;
- pelas cotas máximas e mínimas observadas durante este períod
Listagem das medições: cada medição de vazão associa dois h'lIIll1
característicos do escoamento:
- a descarga, com uma precisão variável segundo o modo do 0Jlt~III,'R"
utilizado, as condições de escoamento e a experiência dos 01)01'1111111
- um termo cota, incluindo as cotas inicial, final e íntermcdlnrha,
nível variou significativamente durante a medição.
Uma lista cronol6gica é constituída a partir de todas 1111 11I
realizadas em uma estação. A tabela 13.6 dá um exemplo de umu 111111
estabelecida.
Tabela 13.6. Medições de descarga realizadas no arrol
Pejuçara/RS
Data Hora [Cota \Descarga I Realizada po
em lls
'l"ú~ero
40
32
39
64
57
45
(
7
4HI)
\ 11)
{)~
11I111~n,1 e Processamento de Dados
11011\ lInálise crítica das medições é necessária. Ela é baseada:
na verificação das cotas associadas à descarga medida;
110 controle dos elementos geométricos obtidos durante a medição;
numa análise do método utilizado, do material empregado e do método
de cálculo.
111'" 11" gl'áfico: o gráfico é traçado em papel milimetrado com graduação
111111"11 de forma a obter uma visão global não deformada da posição e da
111\ Ali dos diferentes pontos. A escolha das escalas também deve ser
1IIIIdll tIO conjunto de dados disponíveis; uma regra simples pode ajudar a
IIIG 11I~:o número máximo de pontos deve-se situar no ângulo formado pelas
11 I. II\~ de declividade 30 e 60 graus. Por razão de comodidade é
1I1"IIIIIulo usar escalas tão simples quanto possíveis. O uso de cores e
I,.dll' II/H'II identificar os pontos facilita a análise da dispersão,
IIIn. de traçar uma curva, convém verificar se a posição dos pontos está
"1111111 com as hip6teses feitas sobre o funcionamento hidráulico da
guintes situações podem ser destacadas:
I 111111\ instabilidade geométrica é associada uma organização cronol6gica
, lima instabilidade hidráulica, uma organização cíclica das
dl.llllrQI\S de cheia e de depleção;
1111 ponto, em posição anormal no papel, pode ser a única testemunha de
1111I1 .llulIção de calibragem temporária .
I 111 VII de calibragem é traçada por trechos sucessivos, independentes
IlIlIudo em alguns setores a densidade dos pontos for insuficiente. É
Illn ucrour bem as singularidades do traçado, minimizando os desvios da
r 41\ 11I',h103 a posição da curva é escolhida de maneira a repartir
i!lIlvIIIIII'1I10 OS pontos de cada lado do traçado (figura 13.24),
1I11~'1I <111 curva deve ser feito de maneira a minimizar prioritariamente
h I. li,," vlllorcs considerados confiáveis.
1'\1\( I~n(}do truçado depende exclusivamente do número de pontos e de
1'11111~~tI 110 Intervalo de variação das cotas extremas observadas. Também
I h11llhl'/if <1\10 toda insuficJ(\neia no trabalho de campo, aparece
w"'"v"llII~lll(.) 110momento do traçado da curva de cnlibragoUl.
11 ,'" NU'VII do t'ullhrrll-WIII
515
li
516 Hidrologlll
I~
é ruim e a curva de calibragem incompleta: ela deve então ser extrapolada 011I
suas extremidades. Os métodos de extrapolação diferem de acordo com
extremidade da curva a ser prolongada na direção superior (águas média,
altas) ou na direção inferior (águas baixas). É recomendado fazer
extrapolação na direção superior antes da extrapolação na direção inferllu,
pois ela pode resultar numa alteração geral do traçado da curva, se o nümer«
de medições for reduzido.
h a ~o
Processamento de Dados 17
I
110111\ de cotas, por exemplo) pode dar um resultado tendencioso.
6./0
6.
Io6.
o
(a) Q (b)
!tllhl cio Stevens: a fórmula de Chézy é apresentada sob a forma:
~ = C.JJ
sJR'
(13,9)
Figura 13.24. Repartição dos pontos e traçado
Extrapolaçâo logaritmica: o princípio é de aplicar na parte superior 1111 1'11I ~
um ajustamento de uma expressão matemática exponencial:
Q = a (h - ho)n
O procedimento mais simples consiste em plotar as medições num 1'1111,'1. 1111I
escalas logarítmicas, determinar graficamente o valor no que retIH"I' 1111·11"11
a parte superior da curva e extrapolar a reta até a cota mãxlmu 011."1 Vlllt
Este método é aplicável com as seguintes restrições:
- relação h/Q caracterizada por um bom alinhamento da
médias e altas sobre o papel 10g-10g;
- medições existentes até uma cota suficientemente olovudn 111111. 1111
direção da reta seja bem-definida;
- perfil transversal sem discontinuldadc do Innun 1111
extrapoladas;
- controle de jus intc pOI IIIuncntc entro ootu
Urna rlllllllbul9 11'01111111I' do_ .'(lUteI" n!Jllolvll(lo. (L'(UlIll'lllliutt
IIIlIlntltade sJR' representa um fator geométrico e a quantidad
I dr rlcolividade que varia muito pouco nos limites da apll
11111Ií IIuO a íunção Q = f(SJR) é representada por uma reta que I'
I Hlltl10 é possível, a partir da curva sJR' = f(h), ínrcírnmcnt
l'IIIHllkrCstic.sgeométricas da seção. avaliar Q, extrapolund
I I.?S apresenta um exemplo.
~J \til 1
, 1.11
SR1/2
ij
De> De>
~I
I~
(Ir)) a (m3/8)
I 'UIII t:I.~S. 8xtrnpolnçl1oda curva-chave pelo método d
o caooamcnro deve ser quase unlforme, o 11\611111
o perfll 6 o8trtvcl ou 80 o número 1\
13.4.3. Calibragem de estações não-unívocas
518 Hidrolog
Este método então se resume à extrapolação da curva das. velocidades U(h)
que se faz geralmente através da aplicação da f6rmula de Manning-Strickl •••.
a) seja por cálculo da velocidade média para todo valor da declivldud
superficial medida no campo, com a rugosidade K sendo estimada a parti r ti
medições;
b) seja por considerar que a velocidade U varia com a quantidade R2/3, "01
condição que as observações de campo permitirem verificar a estabilidade .1
declividade superficial em águas altas.
o método não tem restrição de aplicação, salvo em caso
transversal com grande instabilidade. Há também necessidade de
medições numa seção bem definida sem jamais mudar de lugar.
Águas baixas: a extrapolação da calibragem para cotas baixas tem por 01111'11
completar a curva até a cota mínima observada. No caso de rios não PCI(lIIi'.,
cota para a qual a descarga se tome nula, constitui um ponto de ri,)r".lIlld
para o traçado da curva. No caso de rios perenes, a extrapolação 1'011
apoiar num método logarítmico,se existir um controle de jusantc lI.1
caso contrário, as medições de águas baixas são indispensáveis.
Exemplo 13.8 (exercício). Usando a tabela 13.6, o leitor poderá estnholr«
trecho da curva-chave do arroio Turcato em Pejuçara e extrapolur li 1'11I
direções superior e inferior, usando o método logaritmico.
Não são apresentados os detalhes da calibragem de estaçõ
mas apenas um breve resumo dos princípios destas rnctodologh
deseja aprofundar-se no assunto poderá consultar Jaccon c Cud
Estações instáveis
o método de representação de uma calibragcm não-unív
curvas unívocas transit6ri as , necessita de dcflnlção
validade relativos a cada uma das calíbragcns. ESL'
adaptado quando a instabilidade, sobretudo
descontínuo e ele constitui gcrulmcntc O \1111
descallbragem aprcscntn \111I Cllr~IN prCJl1r~Il~lv().
11111
~
o C Processamento de Dados 519
.om variação da declividade da linha superficial da água
tem estações intencionalmente equipadas com duas réguas limnimé-
li !Oil~, lIul1cientemente distantes uma da outra, para medir a declividade
IIP!)lIuhil. Nesse caso a relação cota/descarga se calcula através de uma
"1'11111(010 de calibragem Q = f(h, h'), sendo h a cota da régua principal e h'
1111l rln régua secundária.A representação gráfica desta superffcie é feita
1'11 111111110 um feixe de curvas com desnível ou com nível de jusante constante.
«)\lundo o desnível é um bom indicador da declividade hidráulica, o método
'" 001 estabelecer uma curva média (do desnível normal) associada a uma
11o correção da descarga.
Nu OIlSO de uma estação equipada com uma régua s6, a variável segundária
nolada à cota, pode permitir explorar a superffcie de calibragem, s6
r encontrada na cronologia das cotas. Em certas condições, esta
I é a velocidade de variação da cota num determinado intervalo de
lill'" t'11I é designada de gradiente Jinimétrico.
. 11HI outro método consiste em utilizar para a variável secundária o
lIillVlIl1l entre a cota h e a cota máxima h, atirigida pela cheia anual. Ele é
1'1I11~Vl\1 somente no caso de um linigrama anual regular e que apresenta
1111'" IIloft de cheia e de depleção pr6ximos.
""ti" um destes três métodos tem condições particulares de aplicação
/11'11111 \) Cudo, 1989). Mas de fato, o método do gradiente linimétrico é o
IIllIdo, pois ele corresponde ao caso mais freqüente.
CltlH hldrológlcas
)hJcUvos
520 Hidroloalu
água, concentração em sedimentos, etc) dependem de vários parâmetros, enu
os quais os seguintes: a) da função do orgão operador (coordenadot,
agricultura, energia, pesquisa, instituição de desenvolvimento regional,
etc); b) das particularidades locais (clima, relevo, poluição, tipo de ".11,
etc.) c) das verbas e do pessoal disponível.
13.5.2 Exemplo de uma rede nacional : o DNAEElCGRHlI"
1_'111I
ACoordenaçãoOeral de Recursos Hídricos (CORH) do Departamento NIIOltlllll'
de Águas e Energia Elétrica (DNAEE) do Ministério da Infra-Bstruunu
encarregada da centralização dos dados hidrometeorol6gicos brasilelroa, I!I
funciona através de uma unidade central em Brasília e é representndu 1'111
várias capitais brasileiras nas agências da Companhia de Pesqulsna II
Recursos Minerais (CPRM).
O DNAEE opera diretamente, ou contratualmente com a CPRM, somcnln 11111
parte dos' postos pluviométricos e hidrométricos, sendo a maior PI\! 10 .1
competência de cerca de outros 90 estabelecimentos públicos ou pm tlllullu
diferentes; mas ele coordena as operações de gerencíamento e de dlr,,"1\1I II
toda informação.
O DNAEE edita os inventários de postos pluviométricos e fluvlcllIlt1I1I';I'
de todo país, unificando a codificação deles. Para a hidrometria, (I )lul
dividido em 8 bacias hidrográficas; cada uma de'<s é subdividida 1M vri.1
sub-uacias, No caso da pluviometria, o país é dividido em graus 111111'/1,,,,
assim permitindo uma localização rápida dos postos que pertencem tllO\lIdlll1\11111
bacia e a uma sub-bacia hidrográfica.
Em 1987, o DNAEE recensou 11.578 postos pluviométrJco
estações fluviométricas (tabela 13.7). Em 1991,4.624 estações fun
Brasil (as outras foram fechadas ou abandonadas, mas com
arquivados) sob responsabilidade do DNAEE (Coimbra, 1991).
acessíveis ao usuário através de várias publicações, entre II~ 11"
principais são os documentos de inventário dos postos pluvkuu
fluviométricos e os boletins regionais, apresentando o acervo dllll 011
numa determinada região durante um determinado período.
13.5.3 Exemplo de uma rede de proteção da saúde humnlll'
I.' Para combater o onchocerccrciasis, uma docnçu <1\1" IIICII\11
~~ homens e que é transmitida por um inseto do tipo ílhIlUJ((lcII,011111
'1111.I~no c Processamento de Dados 521
11111 13.26). A rede, instalada pelo ORSTOM a partir de 1984, consiste em:
(10 estações equipadas com um Iínígrafo, um pluvi6grafo, um codificador
umu balisa emissora do tipo AROOS;
bases de operações aéreas equipadas com um posto de recepção das
11~llllJissõesdos satélites NOAA, um computador de gestão em tempo atual da
IIfrnrnllção recebida e·um rádio terrestre para comunicação com as
III'wnnvcs (aviões e helic6pteros);
H postos de recepção para controle da rede na sede dos serviços
hklrolõgicos nacionais envolvidos e no Centro Orstom de Montpellier
(I·'runça).
11111111 1:1.7. Estações fluvíom+-ícas registradas no Brasil pelo DNAEE (1987)
I I I
0,12
0,29
0,57
1.11
2,69
1,53
1,61
3,18
1'111 1o brasileira
área-Inúmero de
km2 estações
densidade
estações/kmê
I 1'111 Amazonas 390סס00
11111 Toeuntins 757000
110111100 Sul.trechos Norte/Nordeste 1029000
I 1'111 HNo Francisco 634000
'''iull/'o Sul, trecho Leste 545000
11111 I'urnnã 1245000
"111 Ilntguui 178000
,1~lIj\oo Sul, trecho Sudeste 224000
471
221
591
706
1464
1903
286
712
xeutplo de uma rede de prevenção contra cheias catastróficas
1»!!IiUIA bacias hidrogrãficas possuem cheias tão rápidas e súbitas que
1111 do umn rede de monitoramento específica. É o caso dos rios da bacia
1111111111I11 no Sul da França (área total de 3 600 .an2). O clima mediterâneo
'u 11 11110111$ extremamente destruidoras no período dos temporais freqüentes
I nl/, com Intensidade excepcionalmente alta nas montanhas dos Cõvcnncs
11111 I 1.7'/).
,\11" quo funclonu desde 1980 consiste em:
11I11 tio IIhllll Ii IU'.'II
ti
1":~
522 Hidrolog
e de um posto de retransmissão que cobre toda bacia;
- alimentação elétrica com painéis solares.
Ma"
OCEAN
ATLANTlQUE
* Sede do programa
-0:.0 Base aérea
Extensão do programa
Figura 13.26. Zona de intervenção do programa OMS/O('I'
13.6 Bancos de dados
13.6.1 Princípios
11"
~
11\lIIl~noe Processamento de Dados 523
l.f/IIIWtJ$ propostos pelo ORSTOM (França): Hydrom para hidrometria e Pluviom
pluvlcmetría. No entanto, precisa-se mencionar que o DNAEE usa um banco
IIIIlIllIdo em um sistema de grande porte que possui extensões adaptadas à
ttlh1llllllformática(SIH-MSDHD), assim permitindo uma melhor flexibilidade nas
008 de entrada e saída de dados. Pode-se mencionar também a existência
difusão comercial do programa completo de banco de dados
Ilhllpluviométricos para microcomputador, Hydata, elaborado pelo Institute of
Ilwloay (Wallingford, Inglaterra).
Emetort-..:;
O Centro principal
Estação rádio
Ligação rádio
Montpellier
•
b '20 km
Figura 13.27. A bacia des Gardons.
mplose Hydrom e Pluvlom
Iyd lOIJ
524 Hicroloaln
I
••• ,1
:11
- três arquivos de base: identificações dos postos, histórico dos p09hl
e cotas instantâneas;
- quatro arquivos elaborados: arquivos das medições, preparados a pllllll
de medições de campo, arquivos de calibragens, determinadas a partir d,.
medições, arquivos de descargas ínstarrâneas, calculadas automaticameut
com as calibragens e as cotas instantâneas e arquivos das dose 111'11 II
médias diárias, calculadas automaticamente a partir das dCSClIll1II
instantâneas;
- diversos arquivos segundários, entre os quais: arquivo de hélic(l~ 11
molinetes, arquivo das características dos linígrafos,
Pluviom
'laralelamente ao Hydrom, a ORSTOM desenvolveu um sistema de) .Iutlll
pluviornétncos (Boyer et al., 1991), usando os mesmos equipamentos ('J 11111
apresentação parecida. Este programa permite a gestão:
- dos postos de m•..dição;
- das características da aparelhagem (caso dos pluvi6grafos);
- das alturas de chuvas medidas com intervalo de tempo consumiu d,\ IH,iÓ
menos um dia (pluviometria);
- das alturas de chuva medidas com intervalos de tempo vlI.IM
partir de algumas dezenas de segundos (pluviografia);
- dos dados que permitem conhecer o histórico dos postos do UII'dll'Rtl
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