Aula 5

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HIDROLOGIA – Precipitação
Prof. Dr. Marcelo Gonçalves Resende
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Precipitação
	Definição
	Entende-se por precipitação a água proveniente do vapor de água da atmosfera depositada na superfície terrestre de qualquer forma, como chuva, granizo, orvalho, neblina, neve ou geada.
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Precipitação Pluviométrica
“A precipitação é entendida em Hidrologia como toda água proveniente do meio atmosférico que atinge a superfície terrestre” (TUCCI, 1997).
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Precipitação x Ciclo Hidrológico
O fenômeno da precipitação é o elemento alimentador da fase terrestre do ciclo hidrológico e constitui, portanto, fator importante para os processos:
escoamento superficial direto, 
infiltração, 
evaporação-transpiração, 
recarga de aqüíferos e 
vazão básica dos rios. 
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Tipos de precipitação
Chuva : A palavra chuva é usada, de maneira geral, para incluir todas as formas de precipitação, porém, a rigor, chuva significa especificamente umidade que cai na direção da Terra, em estado líquido.
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Tipos de precipitação
Neve : A neve é formada pela cristalização (sublimação) do vapor d´água à temperatura abaixo de 0º C. Os cristais ou flocos de neve possuem variadas formas. 
Temperaturas muito baixas implicam em pouca umidade no ar e, portanto, há condições mínimas para precipitação.
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Tipos de precipitação
Granizo : O granizo consiste em pelotas arredondadas e duras de gelo, ou de gelo e neve compacta. Quando uma dessas pelotas de gelo é cortada ao meio, ela parece apresentar uma formação de camadas concêntricas de densidades e transparências diferentes. 
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Tipos de precipitação
Freezing Rain : é chuva que se congela ao cair, em clima muito frio, mas não se trata de geada nem granizo; 
é um tipo de precipitação que não existe no Brasil.
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Tipos de precipitação
Existem formações, que embora sejam conhecidas como formas de precipitação, são na verdade resultantes da condensação do vapor d´água presente na atmosfera sobre as superfícies sólidas, como:
Orvalho
Geada
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Tipos de Nuvens
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Cirrus/Cirroscumulos
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Tipos de Nuvens
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Cirrosestratus/Altocumulos
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Tipos de Nuvens
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Nimbostratus/Stratus
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Tipos de Nuvens
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Estratocumulos/Cumulos
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Cumulosnimbos
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Tipos de chuvas
Convectiva: o ar úmido aquecido na vizinhança do solo sobe, condensa e precipita. Formações locais com pequena abrangência espacial e alta intensidade. Atinge principalmente pequenas bacias.
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Chuva Convectiva
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Tipos de precipitações
Orográficas: ventos quentes e úmidos provenientes do oceano encontram barreiras físicas, sobem condensam e precipitam sobre áreas montanhosas. O vento que ultrapassa a barreira é seco, retirando umidade do ambiente, podendo gerar áreas desérticas; Atua sobre bacias pequenas com intensidade variável.
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Chuvas Orográficas
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Tipos de precipitações
Frontais ou Ciclônicas: interação de massas de ar quente e frias. O ar quente, mais leve sobe pela penetração do ar frio. Subindo o ar condensa e precipita. Atua sobre grandes bacias com intensidade variável. Processos frontais de grande extensão e duração são os que produzem inundações em grandes bacias. 
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Chuvas Frontais
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Chuvas Frontais
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Tipos de precipitações
No ponto de vista da Engenharia temos:
As chuvas Frontais e Orográficas, interessam ao projeto de grandes trabalhos de obras hidrelétricas, controle de cheias e navegação;
As chuvas convectivas interessam para planejamento de obras em pequenas bacias, como o cálculo de bueiros, galerias de águas pluviais e controle de pequenas inundações.
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Mecanismo de formação de precipitações
A energia que faz a chuva vem do sol. Esquenta e ilumina o planeta provocando evaporação das águas, fotossíntese e evapotranspiração das plantas. Esta umidade vai sendo acumulada no ar. 
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Mecanismo de formação de precipitações
“As nuvens se formam pela perda da capacidade do ar de conter umidade”
Isto ocorre normalmente, quando massas de ar que estão com alta umidade relativa, sofrem resfriamento.
Quanto mais frio o ar, menor a capacidade de suportar água no estado vapor.
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Mecanismo de formação de precipitações
O estado de saturação na atmosfera pode ser conseguido da seguinte forma:
(a) Pelo aumento da pressão atmosférica até o valor de saturação da água;
(b) pelo resfriamento do ar úmido até a T do ponto do orvalho, mantendo constante a P de saturação. 1º por 100 m.
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Mecanismo de formação de precipitações
Na atmosfera, isto se dá normalmente pela elevação destas massas de ar.
Ao subir, o ar vai se expandindo pela diminuição da pressão atmosférica.
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Mecanismo de formação de precipitações
Esta expansão desconcentra calor, resfriando-o. 
À medida que o ar vai se resfriando, ele vai perdendo a capacidade de conter umidade, ou seja, sua umidade relativa vai aumentando até chegar a 100% da sua capacidade. 
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Mecanismo de formação de precipitações
Em seguida, a umidade começa a aparecer sob a forma de pequenas gotículas de água que pairam no ar, levadas pelos ventos.
Quando o fenômeno ocorre a certa altura, chamamos de nuvem, quando está próximo do chão, chamamos de neblina, serração, névoa.
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Mecanismo de formação de precipitações
À medida que as gotas de chuva ou cristais de gelo que compõem as nuvens vão aumentando de tamanho, as forças de sustentação são vencidas e elas começam a precipitar rapidamente. 
As gotas atingem o solo em forma de precipitação, salvo quando retidos por correntes ascendentes ou evaporados durante a queda. 
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Coalescência
Elementos de Nuvem – Gotículas de pequeno diâmetro (100 micra) em suspensão na atmosfera. A capacidade de sustentação é maior que a ação da gravidade. 
Podem evoluir para elementos de precipitação.
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Coalescência
Elementos de Precipitação - Formados a partir de elementos de nuvens, através do fenômeno da coaslescência.
São maiores que os elementos de nuvens (2mm).
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Condições para coalescência
Diferença de T entre os elementos das nuvens;
Partículas mais energéticas dirigem-se em direção à partículas menos energéticas
Diferença de tamanho entre os elementos das nuvens;
Menores partículas em direção à maiores, por diferença de gradiente superficial
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Condições para coalescência
Movimento turbulento dos elementos de nuvens 
Maiores partículas absorvem as menores, devido aos choques, aumentando o tamanho das gotículas.
Existência de carga elétrica entre os elementos de nuvens 
Cargas elétricas diferentes se atraem, aumentando o tamanho das gotículas.
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Caracterização da Precipitação
Caracteriza-se por três grandezas:
Altura pluviométrica
Intensidade de precipitação
Duração
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Caracterização da Precipitação
Altura da Precipitação:
medidas realizadas nos pluviômetros e expressas em milímetros.
Significado: lâmina de água que se formaria sobre o solo como resultado de uma certa chuva, caso não houvesse escoamento, infiltração ou evaporação da água precipitada. 
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Caracterização da Precipitação
A altura da precipitação (h) e a duração da precipitação (t) são diretamente proporcionais através da seguinte equação:
h = ctn
c = coeficiente de precipitação
n = expoente positivo < que 1. Em geral, 0,2 < n < 0,5
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Caracterização da Precipitação
O índice h serve para caracterizar grandes eventos de tempestades. Neste caso a equação é aproximada para a seguinte equação:
h = 39t0,5
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Caracterização da Precipitação
Intensidade da Precipitação:
é a relação entre a altura pluviométrica e a duração da precipitação expressa em (mm/h) ou (mm/min). Uma chuva de 1mm/min corresponde, portanto, a uma vazão equivalente de 1 l/min afluindo a uma área de 1 m2.
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Caracterização da Precipitação
Intensidade da precipitação é inversamente proporcional à duração do evento:I = dh/dt
Onde: 
I = intensidade da chuva (m/s, cm/s, mm/s)
h = altura da lâmina de água (m, cm, mm)
t = tempo medido
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Intensidade das chuvas
Classificação das chuvas pela intensidade (REICHARDT, 1986):
Chuva fraca – até 2,5 mm/h. Constitui-se de gotas isoladas
Chuva moderada – de 2,5 até 7,5 mm/h. As gotas isoladas são dificilmente identificadas
Chuva forte - > 7,5 mm/h. A chuva cai em lençóis, não sendo identificadas as gotas isoladas.
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Caracterização da Precipitação
Duração:
Período de tempo contado desde o início até o fim da precipitação , expresso geralmente em horas ou minutos. (Villela,1975) 
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FATORES QUE PRESIDEM A QUANTIDADE DE ÁGUA PRECIPITADA
A) quantidade de vapor de água na atmosfera
B) condições meteorológicas e topográficas favoráveis a evaporação favoráveis a evaporação, a movimentação de massas de ar e a condensação do vapor de água
Temperatura
Ventos
Pressão barométrica
Acidentes topográficos
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FATORES QUE PRESIDEM O AFLUXO DA ÁGUA À SEÇÃO DE ESTUDO
A) área da bacia hidrográfica
B) conformação topográfica da bacia
Declividades
Depressões/acumuladores e retentores de água
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FATORES QUE PRESIDEM O AFLUXO DA ÁGUA À SEÇÃO DE ESTUDO
C) condições da superfície do solo;
Intercepção
infiltração
D) Obras de controle e utilização da água a montante da seção
Irrigação ou drenagem
Canalização ou retificação e cursos de água
Derivação de água da bacia ou para a bacia
Construção de barragens
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Pluviometria
A medida das precipitações é feita através de aparelhos medidores cilíndricos (com área que pode variar de 100, 200, 400 ou 1000 cm2) colocado de 1 a 1,5 m do solo, livre de obstruções. Valores com precisão de décimo de milímetro obtidos por P = 10 V/A onde V é o volume em cm3 A é a área cm2.
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Pluviômetro
Um pluviômetro é um aparelho de usado para recolher e medir, em milímetros lineares, a quantidade de líquidos ou sólidos (chuvas, neve, granizo) precipitados precipitados durante um determinado tempo e local.
Leituras diárias.
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Unidades de Medida de Chuva
1 mm de chuva equivale a 1L de água em 1 m2. 
Quando falamos, por exemplo, que choveu 20 mm, significa que tivemos uma cobertura do solo com uma lâmina de 2 cm o que equivale a 20 L d'água em cada m2. 
Se extrapolarmos isso em termos de um hectare teremos 200.000 l de água despejados nestes 10.000 m2. 
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Pluviômetro
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Pluviômetro
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Índice pluviométrico
É medido em milímetros (mm): É a somatória da precipitação num determinado local durante um período de tempo estabelecido.
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Regime pluviométrico
Consiste basicamente na distribuição das chuvas durante os 12 meses do ano. Tanto o regime quanto o índice pluviométrico são representados nos climogramas por colunas mensais. Pela análise das colunas é possível caracterizar o regime e, conseqüentemente, o índice pluviométrico.
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Cálculo - Pluviômetro
Altura da lâmina de água:
h = 10. (V/A)
Onde:
V = Volume de água coletado (mL ou cm3)
A = área da secção de captação de água (cm2)
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Pluviografo
Aparelhos capazes de registrar continuamente de forma analógica ou digital a precipitação local.
Gera-se um gráfico denominado pluviograma.
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Pluviógrafo
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Processamento de dados pluviométricos
Detecção de erros grosseiros
Preenchimento de falhas
Verificação da homogeneidade dos dados
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Detecção de erros grosseiros
Erros acidentais;
dia 30/Fev; 31/abril
precisão maior que a escala
valores absurdos
vento forte
Erros sistemáticos.
vazamento ou entupimento
equipamento fora das especificações
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Precipitação média em uma bacia
Média aritmética
Método de Thiessen
Método das isoietas
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Método de Thiessen
	Pm é a precipitação média na bacia
	Ai é área de influência de cada posto; 
	Pi é a precipitação de cada posto
Pm = AiPi/Ai
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Método de Thiessen
1) une-se os postos adjacentes por linhas retas
2) Traçam-se perpendiculares a essas linhas a partir das distâncias médias entre os postos e obtém-se polígonos limitados pela área da bacia
A área de cada polígono é o peso que se dará à precipitação registrada no aparelho
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Método das isoietas
Traça as isoietas que são linhas de mesma precipitação com base nos postos existentes;
Calcula a área entre isoietas, onde adota-se que esta é a precipitação da área
Equação igual do método anterior
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Métodos das Isoietas
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Hidrograma
Curva de vazão registrada em um seção de um curso de água devida a uma precipitação ocorrida na bacia hidrográfica correspondente
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