Precipitações (1)

Prévia do material em texto

Precipitações 
Eng. Civil Bruna Pereira da Silva 
Medida das precipitações 
• É medida pela quantidade de água caída e acumulada sobre uma 
superfície plana e impermeável 
• No Brasil a precipitação 
é convencionalmente medida por meio de aparelhos chamados de 
pluviômetros ou pluviógrafos. 
• Tanto um como o outro colhem uma pequena amostra, pois têm uma 
superfície horizontal de exposição de 500cm² e 200cm², colocados a 
1,5m do solo. 
 
 
• As leituras feitas pelo observador do pluviômetro, normalmente 
em intervalos de 24 horas, em provetas graduadas, são anotadas 
em cadernetas próprias que são enviadas á agência responsável 
pela rede pluviométrica, todo mês. Elas se referem a quase sempre 
ao total precipitado das 7 horas da manhã até as 7 horas do dia em 
que se fez a leitura. 
 
• Durante o processo de monitoramento e operação do instrumento 
podem ocorrer alguns erros que devem ser minimizados: 
• perdas por evaporação da água contida no coletor 
• contagem incorreta do número de provetas resultantes, no caso de 
chuvas importantes 
• água derramada durante a transferência do coletor para a proveta 
• graduação da proveta não correspondente à área da boca 
do pluviômetro 
• leitura defeituosa da escala da proveta 
• anotação incorreta na caderneta do observador 
Radar 
• A chuva também pode ser estimada utilizando radares 
meteorológicos. A medição de chuva por radar está baseada na 
emissão de pulsos de radiação eletromagnética que são 
refletidos pelas partículas de chuva na atmosfera, e na medição do da 
intensidade do sinal refletido. A relação entre a intensidade do sinal 
enviado e recebido, denominada refletividade, é correlacionada à 
intensidade de chuva que está caindo em uma região. A principal 
vantagem do radar é a possibilidade de fazer estimativas de taxas de 
precipitação em uma grande região no entorno da antena emissora e 
receptora, embora existam erros consideráveis quando as estimativas 
são comparadas com dados de pluviógrafos. 
 
Características gerais da precipitação 
• Altura Pluviométrica (P): 
• Corresponde à espessura média da lâmina da água precipitada, que recobriria 
a região atingida pela precipitação, admitindo-se que esta água não se 
infiltrasse, não evaporasse nem escoasse para fora dos limites da bacia. A 
unidade de medição é o mm de chuva, definido como a quantidade de 
precipitação correspondente a um volume de 1 litro por metro quadrado de 
superfície. A altura pluviométrica total 
multiplicada pela área da bacia fornece o volume médio. A quantidade 
total de chuva (lâmina de água),dividida pela duração, indica a intensidade 
média dessa precipitação. Conceitualmente, define-se como a quantidade de 
chuva por unidade de tempo (mm/h), ou taxa de transferência de água da 
atmosfera para o solo. A intensidade varia de um instante para outro dentro 
da mesma precipitação. 
 
• Duração: 
• É o tempo transcorrido entre o início e o fim da chuva, expresso em 
horas ou minutos. 
• Freqüência de ocorrência: 
• É a quantidade de ocorrências de eventos iguais ou superiores ao evento 
de chuva considerado. Chuvas muito intensas tem frequência baixa, isto 
é, ocorrem raramente. Chuvas pouco intensas são mais comuns. 
• A tabela apresenta a análise de 
freqüência de ocorrência de chuvas 
diárias de diferentes intensidades 
ao longo de um período de 23 anos 
em uma estação pluviométrica no 
interior do Paraná. Observa-se que 
ocorreram 5597 dias sem chuva (P 
= zero) no período total de 8279 
dias, isto é, em 67% dos dias 
do período não ocorreu chuva. 
Em pouco mais de 17% dos dias do 
período ocorreram chuvas com 
intensidade baixa (menos do que 
10 mm). A medida em que aumenta 
a intensidade da chuva diminui a 
freqüência de ocorrência. 
• A variável utilizada na hidrologia para avaliar eventos extremos 
como chuvas muito intensas é o tempo de retorno (TR), dado em 
anos. 
• O tempo de retorno é uma estimativa do tempo em que um evento 
é igualado ou superado, em média. 
• Por exemplo, uma chuva com intensidade equivalente ao tempo de 
retorno de 10 anos é igualada ou superada somente uma vez a 
cada dez anos, em média. (Esta última ressalva “em média” implica 
que podem eventualmente, ocorrer duas chuvas de TR 10 anos em 
dois anos subsequentes). 
Processamento de dados pluviométricos 
• Detecção de erros grosseiros 
• Observações marcadas em dias que não existem (ex: 30 de 
fevereiro) 
• Quantidades absurdas (erros de transcrição) 
• Defeitos no aparelho 
• Preenchimento de falhas 
• Pode haver dias sem observação (vários motivos) 
• Uma série de dados de que se dispõe numa estação X, dos quais se 
conhece a média Mx num determinado número de anos, apresenta 
lacunas, que devem ser preenchidas. 
• Procedimento 
• Supõe-se que a precipitação no posto X(Px) seja proporcional às 
precipitações nas estações vizinhas A, B e C num mesmo período, 
que serão representadas por Pa, Pb, Pc. 
• Supõe-se que o coeficiente de proporcionalidade seja a relação 
entre a média Mx e as médias Ma, Mb, Mc, no mesmo intervalo 
de anos 
• Adota-se como valor Px a média entre os três valores calculados a 
partir de A, B, C. 
• Verificação da homogeneidade dos dados 
• Utiliza-se a curva dupla acumulativa ou curva de massa. 
• Escolhem-se vários postos de uma região homogênea sob o ponto de 
vista meteorológico 
• Acumulam-se os totais anuais em cada posto 
• Calcula-se a média aritmética dos totais precipitados em cada ano 
em todos os postos e acumula-se essa média 
• Grafam-se os valores acumulados da média dos postos contra os 
totais acumulados de cada um deles 
 
Intensidade de chuva, duração e 
velocidade. 
 • Intensidade de chuva é o total precipitado por unidade de tempo. A taxa 
máxima possível é em torno de 10 mm/min. Duração é o tempo no qual 
uma chuva ocorre. 
• Duração-quantidade-área é um conceito usado em projeto de reservatórios, 
no qual se computa a área máxima de influência de um evento de 
precipitação de determinada altura (mm) e duração (horas). Quanto maior a 
área, menor a altura precipitada. Eventos de curta duração mostram uma 
redução maior da precipitação média/área que eventos mais longos. 
• Velocidade da chuva é importante nos processos de erosão e sedimentação. 
Chuva pesada em solo nu provoca uma mistura de partículas finas do solo na 
água que reduzem a infiltração no solo, provocando escoamento superficial 
e erosão. 
 
 
Análises de frequência 
• Séries anuais, parciais e completas. Selecionando, p.ex., o 
maior evento de chuva anual de 24 h para vários anos, e 
arranjando-os em ordem decrescente temos uma série anual. 
• Se eventos maiores que 10 mm são organizados 
(independentemente de quantos ocorreram por ano) temos 
uma série parcial. 
• Se todos os eventos de 24 h são ordenados em ordem 
decrescente, temos uma série completa. 
 
• Período de recorrência é o período de tempo médio esperado entre 
dois eventos de determinado impacto. É o recíproco da 
probabilidade. 
 
 
P.ex., se um evento de 250 mm em 24 h ocorre em 100 anos de uma 
série de 1000, a probabilidade p de o mesmo ocorrer em qualquer 
ano é 100/1000 = 0,1, então Tr = 10 anos. Mas um período qualquer 
de 10 anos pode conter vários ou nenhum evento destes. 
 
• Tr é em geral estimado a partir de séries anuais pelo uso da 
seguinte aproximação: 
 
 
• Em que n é o número de anos do registro e m é o ranking de um 
dado evento. O maior evento de chuva num período de 10 anos 
tem ranking 1, o 2 o maior ranking 2,... Seja um evento de120 mm 
em 24 h de ranking 2, então Tr = (10+1)/2 = 5,5 anos para eventos 
de 120 mm ou maiores. 
• Uso de Tr. De quantas maneiras um evento pode ocorrer ou não em dois anos 
sucessivos? 
 
 
 
 
• Em 3 das 4 maneiras da tabela acima, pode ocorrer o evento X. A probabilidade de 
qualquer das 4 combinações ocorra é: 
 
 
• Em que p2 é a probabilidade de ocorrência em 2 anos e q2 é a probabilidade de não 
ocorrência em 2 anos. Então, 
 
• Uma regra básica é que a probabilidade de não ocorrência em várias oportunidades 
é o produto das probabilidades de não ocorrência em cada oportunidade. Ou, 
 
• Ou generalizando, 
 
• Sendo pn a probabilidade de ocorrência em n anos e q a probabilidade de não 
ocorrência elevada a n-ésima potência. 
 
• Por exemplo: um dique é construído para impedir enchentes 
causadas por um evento de período de recorrência de 100 anos. 
Qual é a chance de falha em 25 anos? 
 
• A probabilidade de ocorrência em qualquer ano é p=0,01 e de não 
ocorrência é q = 1 – p = 0,99. 
• Assim 
 
 
• isto é, uma chance de 22 % de não reter a enchente em 25 anos. 
 
• Suponhamos que um risco de apenas 5 % seja aceitável, isto é, p25 = 
0,05. Para que período de recorrência o dique necessita ser 
projetado? 
 
 
Precipitação média em uma bacia 
• Para se computar a precipitação média em uma superfície qualquer, é 
necessário utilizar as observações das estações dentro dessa 
superfície e nas suas vizinhanças. 
• Existem três métodos de cálculo: média aritmética, método de 
Thiessen e método das isoietas. 
• Média aritimética: consiste em simplesmente somarem as 
precipitações observadas num certo intervalo de tempo, 
simultaneamente, em todos os postos e dividir o resultado pelo 
número deles. (utilizar apenas para bacias menores que 5000m² com 
relevo suave) 
• Método de Thiessen: dá bons resultados quando o terreno não é 
muito acidentado. Consiste em dar pesos aos totais precipitados em 
cada aparelho, proporcionais à área de influência de cada um, que é 
determinada da maneira dada a seguir. 
• Os postos adjacentes devem ser unidos por linhas retas 
• Traçam-se perpendiculares a essas linhas a partir das distâncias médias 
entre os postos e obtêm-se polígonos limitados pela área da bacia 
• A área Ai de cada polígono é o peso que se dará à precipitação registrada 
em cada aparelho (Pi) 
• A média será dada por: 
• Método das Isoietas 
• Este método não é meramente mecânico como os outros dois e depende 
do julgamento da pessoa que o utiliza, podendo dar maior precisão, se 
bem utilizado. No caso, por exemplo, de regiões montanhosas, embora 
os postos em geral se localizem na parte mais plana é sempre possível 
levar em consideração a topografia dando pesos às precipitações, de 
acordo com a altitude do aparelho. 
• O traçado das isoietas é extremamente simples e semelhante ao de 
curvas de nível em que a altura da chuva substitui a cota do terreno. 
• Traçadas as curvas, medem-se as áreas (Ai) entre as isoietas sucessivas, 
(Hr e Hr+1) e calcula-se a altura média como sendo