Aula 7

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Hidrologia – Escoamento Superficial
Prof. Dr. Marcelo Gonçalves Resende
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Hidrograma
O hidrograma é o gráfico que relaciona a vazão ao tempo e é o resultado da interação de todos os componentes do ciclo hidrológico.
Associa-se a:
Heterogeneidade da bacia
Caminhos que a água percorre
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Formação do hidrograma
Superficial
Sub-superficial
Escoamento subterrâneo
1
2
5
3
4
6
e
1 – Início do escoamento superficial
2 – Ascensão do hidrograma
3 – Pico do hidrograma
4 – Recessão do hidrograma
5 – Fim do escoamento superficial
6 – Recessão do escoamento subterrâneo
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Formação do hidrograma
pico
ascenção
recessão
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Elementos do Hidrograma
1 – Tempo Zero (t0) (tempo de início) – Representa o início do hidrograma e do processo natural de escoamento.
2 – Tempo de Pico (tp) – tempo medido entre t0 e o pico do hidrograma que representa o máximo de vazão e escoamento;
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Elementos do Hidrograma
3 – Tempo de Inflexão da recessão (ti) – tempo entre t0 e o ponto de inflexão do flanco recessivo do hidrograma, indica início da contribuição maior dos escoamento subterrâneo.
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Elementos do Hidrograma
4 – Tempo de Base (tb) – corresponde ao tempo decorrente entre o t0 e o final do processo.
5 - Tempo do Centróide (tg) – Tempo medido entre o T0 e o que separa o hidrograma em duas porções de volumes iguais. 
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Hidrograma 1
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Hidrograma 2
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Hidrograma 3
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Hidrograma 4
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Hidrograma 5
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Hidrograma 6
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Hidrograma 7
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Hidrograma 8
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Hidrograma 9
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Hidrograma 10
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Hidrograma 11
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Hidrograma 12
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Hidrograma 13
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Hidrograma 14
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Hidrograma 15
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Hidrograma 16
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Hidrograma - exemplo
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Escoamento superficial
Geração de escoamento superficial
Propagação de escoamento
Medição de escoamento
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Geração de escoamento
Intensidade da precipitação é maior do que a capacidade de infiltração do solo
Processo hortoniano (Horton, 1934)
I (mm/h)
I (mm/h)
Q (mm/h)
Q=P-I
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Geração de escoamento
Precipitação atinge áreas saturadas
Processo duniano (Dunne)
Q (mm/h)
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Cálculos de Separação de escoamento
Para saber como a bacia vai responder à chuva é importante saber as parcelas de água que vão atingir os rios através de cada um dos tipos de escoamento.
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Cálculos de Separação de escoamento
Em muitas aplicações, o escoamento superficial é o mais importante 
Vazões máximas
Hidrogramas 
Previsão de cheias
Métodos simplificados x modelos mais complexos
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Cálculos de Separação de escoamento
tempo
Q
P
tempo
Precipitação 
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Cálculos de Separação de escoamento
tempo
Q
P
tempo
Infiltração 
Escoamento
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Método do Soil Conservation Service
Simples
Valores de CN tabelados para diversos tipos de solos e usos do solo
Utilizado principalmente para projeto em locais sem dados de vazão
Usado em eventos relativamente simples e de curta duração
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Estimativa de escoamento superficial (Método Soil Conservation Service SCS)
Método SCS:
Q = (P - Ia)2/(P – Ia + S)
quando P  Ia
Q = 0
quando P > Ia
Ia = S/5
S = (25400/CN) – 254
Perdas iniciais = 0,2 x S
Q = escoamento em mm
P = chuva acumulada em mm
Ia = Perdas iniciais
S = parâmetro de armazenamento
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Estimativa de escoamento superficial (valores de CN)
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Grupos Hidrogeológicos de Solos
GRUPO A -	Solos arenosos, com baixo teor de argila total (inferior 		8%), sem rochas, sem camada argilosa e nem mesmo 			densificada até a profundidade de 1,5m. O teor de 			húmus é muito baixo, não atingindo 1%
GRUPO B - 	Solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e 		com menor teor de argila total, porém ainda inferior a 		15%. No caso de terras roxas este limite pode subir a 			20% graças a maior porosidade. Os dois teores de 			húmus podem subir, respectivamente, a 1,2% e 1,5%. 		Não pode haver pedras e nem camadas argilosas até 			1,5m, mas é quase sempre presente uma camada mais 		densificada que a camada superficial
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Grupos Hidrogeológicos de Solos
GRUPO C - 	Solos barrentos, com teor de argila de 20 a 30%, mas 			sem camadas argilosas impermeáveis ou contendo 			pedras até a profundidade de 1,2m. No caso de terras 			roxas, estes dois limites máximos podem ser de 40% e 		1,5m. Nota-se, a cerca de 60cm de profundidade, 			camada mais densificada que no Grupo B, mas ainda 			longe das condições de impermeabilidade.
GRUPO D - 	Solos argilosos (30 a 40% de argila total) e com 			camada 	densificada a uns 50cm de profundidade ou 			solos arenosos como B, mas com camada argilosa 			quase impermeável ou horizonte de seixos rolados
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Método SCS (condições ascendentes de umidade)
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Exemplo SCS
Gráf3
		5
		7
		9
		8
		4
		2
Chuva
Gráf1
		10		5		5		0		5
		20		7		12		0		12
		30		9		21		0.9594707521		20.0405292479
		40		8		29		3.3294486216		25.6705513784
		50		4		33		4.9175417661		28.0824582339
		60		2		35		5.7959207459		29.2040792541
Tempo
Chuva
Chuva acumulada (mm)
Escoamento acumulado (mm)
Infiltração acumulada (mm)
Plan1
		
		Tempo		Chuva		Chuva acumulada (mm)		Escoamento acumulado (mm)		Infiltração acumulada (mm)		Escoamento (mm)		Infiltração (mm)
		10		5.0		5.0		0.0		5.0		0.0		5.0		CN		80
		20		7.0		12.0		0.0		12.0		0.0		7.0		S		63.5
		30		9.0		21.0		1.0		20.0		1.0		8.0		Perdas		12.7
		40		8.0		29.0		3.3		25.7		2.4		5.6
		50		4.0		33.0		4.9		28.1		1.6		2.4
		60		2.0		35.0		5.8		29.2		0.9		1.1
Plan1
		
Chuva
Plan2
		
Plan3
		
Gráf4
		5
		12
		21
		29
		33
		35
Chuva acumulada (mm)
Chuva acumulada
Gráf1
		10		5		5		0		5
		20		7		12		0		12
		30		9		21		0.9594707521		20.0405292479
		40		8		29		3.3294486216		25.6705513784
		50		4		33		4.9175417661		28.0824582339
		60		2		35		5.7959207459		29.2040792541
Tempo
Chuva
Chuva acumulada (mm)
Escoamento acumulado (mm)
Infiltração acumulada (mm)
Plan1
		
		Tempo		Chuva		Chuva acumulada (mm)		Escoamento acumulado (mm)		Infiltração acumulada (mm)		Escoamento (mm)		Infiltração (mm)
		10		5.0		5.0		0.0		5.0		0.0		5.0		CN		80
		20		7.0		12.0		0.0		12.0		0.0		7.0		S		63.5
		30		9.0		21.0		1.0		20.0		1.0		8.0		Perdas		12.7
		40		8.0		29.0		3.3		25.7		2.4		5.6
		50		4.0		33.0		4.9		28.1		1.6		2.4
		60		2.0		35.0		5.8		29.2		0.9		1.1
Plan1
		
Chuva acumulada (mm)
Chuva acumulada
Plan2
		
Plan3
		
Gráf5
		5		0		5
		12		0		12
		21		0.9594707521		20.0405292479
		29		3.3294486216		25.6705513784
		33		4.9175417661		28.0824582339
		35		5.7959207459		29.2040792541
Chuva acumulada (mm)
Escoamento acumulado (mm)
Infiltração acumulada (mm)
Chuva, escoamento e infiltração acumulada
Gráf1
		10		5		5		0		5
		20		7		12		0		12
		30		9		21		0.9594707521		20.0405292479
		40		8		29		3.3294486216		25.6705513784
		50		4		33		4.9175417661		28.0824582339
		60		2		35		5.7959207459		29.2040792541
Tempo
Chuva
Chuva acumulada (mm)
Escoamento acumulado (mm)
Infiltração acumulada (mm)
Plan1
		
		Tempo		Chuva		Chuva acumulada (mm)		Escoamento acumulado (mm)		Infiltração acumulada (mm)		Escoamento (mm)		Infiltração (mm)
		10		5.0		5.0		0.0		5.0		0.0		5.0		CN		80
		20		7.0		12.0		0.0		12.0		0.0		7.0		S		63.5
		30		9.0		21.0		1.0		20.0		1.0		8.0		Perdas		12.7
		40		8.0		29.0		3.3		25.7		2.4		5.6
		50		4.0		33.0		4.9		28.1		1.6		2.4
		60		2.0		35.0		5.8		29.2		0.9		1.1
Plan1
		
Chuva acumulada (mm)
Escoamento acumulado (mm)
Infiltração acumulada (mm)
Chuva, escoamento e infiltração acumulada
Plan2
		
Plan3
		
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Críticas ao Método SCS
Modelo SCSé simplificado
Diferentes usuários chegarão a resultados diferentes dependendo do CN adotado
Bacias pequenas
Se possível, verificar em locais com dados e para eventos simples
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Chuva Efetiva
A parcela da chuva que se transforma em escoamento superficial é chamada chuva efetiva.
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Armazenamento de água
Quando ocorre o processo de precipitação em uma bacia hidrográfica, a água se acumula e escoa para o exultório da bacia.
Este acúmulo chama-se de armazenamento
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Armazenamento de água
Tipos de Armazenamento:
Na superfície (detenção e armazenamento superficial);
Na vegetação (intercepção);
No subsolo (subsuperficial);
No subsolo (subterrâneo);
Nos corpos d’água
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Vazão
É o volume de água escoado por unidade de tempo em uma determinada seção do curso de água. 
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Vazão
Cálculo baseado na precipitação:
Q = b(P – Pa)
Onde Q = Vazão em m3/s ou L/s
P = taxa de precipitação (mm)
Pa = taxa de precipitação onde o run-off é zero (mm)
b = declividade m/1.000m
Transformar mm  m3/s  x (59,3)
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Vazão por hidrograma
Cálculo:
Q = Qb + (Qp – Qb) (t/tp)m e [(tp-t)/(tg-tp)]
Onde Q = vazão
Qb = vazão no início do fluxo de escoamento;
Qp = vazão no pico do fluxo de escoamento;
tp = tempo que ocorre o pico do escoamento;
tg = tempo que ocorre o fluxo na porção central da secção estudada (centroide);
m = tp/(tg-tp)
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Tempo de Concentração
É o intervalo de tempo contado a partir do início da precipitação para que toda a bacia hidrográfica correspondente passe a contribuir na seção em estudo.
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Tempo de Concentração
Equação de Kirpich:
tc = 57.(L3/H)0,385 
Onde: tc = tempo de concentração (min);
L = comprimento do talvegue da seção principal (km);
H = diferença de cota dos pontos medidos (m).
Ou ....
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Tempo de Concentração
Equação de Harthaway:
tc = 0,606 (Ln)0,467/I0,234
Onde L = comprimento do talvegue da seção principal (km);
I = declividade do talvegue em m/1.000m.
n = fator de dificuldade de escoamento (varia de 0,02 até 0,80)
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Tempo de Pico/Tempo de Concentração
Equação de Gray (revisada):
tp = (tc)1/2 + 0,6 tc
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Processo de concentração de água superficial
Existem três processos:
(a) Duração do tempo de chuva efetiva = tempo de concentração;
(b) Duração do tempo de chuva efetiva > tempo de concentração;
(c) Duração do tempo de chuva efetiva < tempo de concentração
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Duração do tempo de chuva efetiva = tempo de concentração
Vazão concentra-se no escoamento superficial;
Quando a chuva cessa, o escoamento reduz progressivamente até zero;
Tempo de recessão  tempo de concentração.
Denomina-se fluxo concentrado.
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Duração do tempo de chuva efetiva > tempo de concentração
Também há uma concentração no escoamento superficial;
Após atingir a vazão máxima, ocorre um equilíbrio e esta não se modifica, mesmo com a continuidade da chuva.
Quando a chuva cessa, o fluxo gradualmente reduz até atingir zero.
Denomina-se fluxo super-concentrado.
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Duração do tempo de chuva efetiva < tempo de concentração
O fluxo do escoamento não atinge seu ponto de equilíbrio.
Imediatamente o término da precipitação o escoamento cessa.
Denomina-se fluxo sub-concentrado.
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