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HIDROMETRIA Prof. Dr. Marcelo Gonçalves Resende 1 Conceitos Hidrometria – é a parte da hidrologia ligada à medida das variáveis hidrológicas e tem como objetivo obter dados básicos, tais como: Precipitações Níveis de água Vazões e sua variação no tempo e no espaço. 2 Rede de Monitoramento Rede criada para medições em campo de variáveis hidrológicas para: (a) Possibilitar a aplicação de modelos matemáticos que permitam prever chuvas e/ou vazões; (b) estimar a probabilidade de ocorrência de eventos raros; (c) quantificar as possibilidades do aproveitamento dos recursos hídricos. 3 POSTO/ESTAÇÃO Ponto de observação. Ex: Posto Pluvio-fluviométrico, Estação Meteorológica, Estação Sedimentométrica. São estrategicamente instaladas conforme: Características físicas da bacia; Distância entre os postos para obter dados hidrológicos matematicamente confiáveis; Condições orçamentárias. 4 5 6 POSTO/ESTAÇÃO Configuração da rede – amostragem adequada conforme a característica hidrológica; Densidade vai variar de região para região. Tipo de equipamentos devem ser adequados aos propósitos da amostragem. 7 Rede de Monitoramento Formas de operação: Redes Manuais Leitura manual por operadores Redes Automáticas Registro dos dados em aparelhos. Registro contínuo Redes Telemétricas Registro transmitido eletronicamente a um centro de operações em horários fixos ou continuamente. 8 9 10 MEDIÇÃO DE PRECIPITAÇÃO Medição por aparelhos: (a) Pluviômetro (b) Pluviógrafo 11 MEDIÇÃO DE PRECIPITAÇÃO Pluviômetro: Aparelho com uma superfície de captação horizontal delimitada por um anel metálico + um reservatório para acumular a água. Há vários modelos no Brasil e no mundo. Mais usado – Pluviômetro “Ville de Paris” com área de 400cm2 (V = 40 ml = 1 mm de ppt). Precipitações acumuladas em 24 horas e observadas antes do meio dia deve ser atribuída ao dia anterior. 12 13 14 MEDIÇÃO DE PRECIPITAÇÃO Pluviógrafo: Aparelhos capazes de registrar as chuvas de forma contínua. São aparelhos analógicos ou digitais. Existe um mecanismo que registra graficamente: Ordenadas – Chuva acumulada Abcissas – Tempo de chuva 15 MEDIÇÃO DE PRECIPITAÇÃO Tipos de Pluviógrafos: Pluviógrafo de Bóia Pluviógrafo de Balança Pluviógrafo de Cubas Basculantes 16 MEDIÇÃO DE PRECIPITAÇÃO Pluviógrafo de Bóia: Possui área de captação de 200cm2. Ligado a um reservatório, dentro do qual existe um bóia ligada a um braço com pena que registra os movimentos verticais sobre um cilindro munido de papel que gira uma rotação completa no dia. Um sifão esvazia totalmente ao final de 24 horas, retornando a pena ao bordo inferior do papel, recomeçando o ciclo. 17 18 19 20 MEDIÇÃO DE PRECIPITAÇÃO Pluviógrafo de Balança Possui área de captação de 200cm2. Acumula a água coletada em uma cuba ligada a um braço de balança. Com o aumento do peso, a cuba desce e transmite este movimento a um braço com pena que registra o movimento em um gráfico. Quando a pena atinge a marca dos 10 mm, a água contida na cuba é despejada e volta-se à posição original. 21 22 MEDIÇÃO DE PRECIPITAÇÃO Pluviógrafo das Cubas Basculantes: Possui área de captação entre 400 e 2.000cm2. A água recolhida é levada a um conjunto de duas cubas suspensas por um eixo. Quando uma das cubas atinge um determinado peso (20g), o conjunto bascula e a outra cuba entra por baixo do tubo vindo da superfície coletora, até que esteja cheio. Aí ocorre um segundo basculamento e assim por diante. 23 24 INSTALAÇÃO DE ESTAÇÕES PLUVIOMÉRICAS Local de instalação: Terreno plano Protegido e livre de obstáculos como árvores, residências, muros, etc Recomenda-se uma distância mínima do obstáculo igual ao dobro da altura da estação. O pluviômetro é fixado em um suporte vertical de madeira ou concreto com dimensões (2,00 x 0,07 x 0,07 m) por meio de braçadeiras de ferro. O pluviômetro fica a uma altura de 1,5 metros do solo. 25 26 27 28 Medição de Níveis de Água Em geral é feito duas vezes ao dia ou contínuo no tempo. Aparelho de medição: Linímetro, também denominados de régua linimétrica. Escala graduada de madeira, ou metal, ou mesma pintada sobre uma superfície de concreto. 29 30 Tipos de Linímetros 1 – Régua de madeira – de 1 a 2 metros, denteada a cada 2cm. Foram muito utilizadas no passado e estão sendo substituídas. 2 – Régua de ferro esmaltada – altura variada e graduação de 2cm. 3 – Régua de alumínio anodizado - altura variada e graduação de 2cm. (problemas com sujeira da água) 31 32 Tipos de Linímetros Erros sistemáticos: Instalação defeituosa da régua Deslocamentos verticais por força da água. Erros de leitura: Erros admissíveis, até decímetros. Invenção de leitura Leitura a grande distância por comodidade 33 Tipos de Linímetros Réguas linimétricas – são feitas apenas 1 ou 2 medidas por dia e retira-se uma média. Para resolver o problema existem aparelhos registradores contínuos denominados de Linígrafos. 34 Tipos de Linígrafos Sempre deve ser instalado uma régua linimétrica ao seu lado para: Detectar defeitos no linígrafos Auxiliar na interpretação dos diagramas gerados Substituir o registro do linígrafo em caso de avaria do aparelho. 35 Tipos de Linígrafos Linígrafos de Bóia Linígrafos de Pressão 36 Tipos de Linígrafos Linígrafo de Bóia Possui um flutuador preso a um cabo que transmite o seu movimento, decorrente da variação da água O movimento desloca um estilete munido de pena sobre um gráfico de papel. Ao mesmo tempo um relógio dispara o gráfico e registram-se os dados. Desvantagem: preço, escavação para sua instalação e construção de dutos de ligação. 37 38 39 Tipos de Linígrafos Linígrafo de Pressão: Dispensa construção de poço Sub-tipos: Linígrafo de Bolhas Linígrafo com Transdutor Eletrônico de Pressão (dados eletrônicos) – redes telemétricas. 40 Instalações Estações Fluviométricas Escolha da área: Trecho reto, com margens bem definidas, altas e estáveis Fácil acesso durante a cheia Leito regular e estável (preferencialmente rochoso) Local de águas tranqüilas Boas condições de acesso à estação Facilidade de efetuar medições 41 42 43 Medição de Vazão Líquida Conceito – Processo empírico utilizado para determinar a vazão de um curso de água. Vazão ou descarga de um rio = volume de água que passa através de uma seção transversal na unidade de tempo. 44 Medição e Integração da Distribuição de Velocidade É o método mais usado exceto em rios de montanha, extremamente turbulentos. Consiste no uso do molinete hidrométrico Consiste me determinar a área da seção e a velocidade média do fluxo que passa nesta seção. A área é determinada: Largura do rio x profundidade em verticais Nas mesmas verticais mede-se a velocidade, gerando a velocidade média 45 Medição e Integração da Distribuição de Velocidade Cálculo da Velocidade Média (DNAEE) – p – ponto de base: Pt Posição na vertical em relação a P Cálculo da velocidade média na vertical (m/s) Profundidade (m) 1 0,6p V = V0,6 0,15 – 0,60 2 0,2 e 0,8p V = (V0,2+V0,8)/2 0,60 – 1,20 3 0,2;0,6 e 0,8p V = (V0,2+ 2V0,6+V0,8)/4 1,20 – 2,00 4 0,2;0,4;0,6 e 0,8p V = (V0,2+2V0,4+ 2V0,6V0,8)/6 2,00 – 4,00 6 S; 0,2;0,4; 0,6, 0,8p e F V =[Vs+ 2(V0,2+ V0,4+ V0,6+ V0,8) +Vf] > 4,00 46 Distância Recomendada entre as verticais Largura do Rio (m) Distância entre verticais (m) ≤ 3,00 0,30 3,00 – 6,00 0,50 6,00 – 15,00 1,00 15,00 – 30,00 2,00 30,00 – 50,00 3,00 50,00 – 80,00 4,00 80,00 – 150,00 6,00 150,00 – 250,00 8,00 ≥250,00 12,00 47 Método da Seção Média Vazões parciais calculadas para cada subseção entre verticais, a partir de: Largura Média das profundidades Médias das velocidades 48 Método da Seção Média Passos para o cálculo: 1 – Cálculo das velocidades médias por verticais (ver tabela) 2 – Cálculo das velocidades médias nos segmentos Va1 = v1 + v2/2 Va2 = v2 + v3/2 ..... 3 – Cálculo das áreas dos segmentos a1 = (d2 – d1) . [p2 + p1/2] a2 = (d3 – d2) . [p3 + p2/2]...... 49 Método da Seção Média 4 – Cálculo das vazões nos segmentos: qa1 = va1.a1 qa2 = va2.a2 ..... 5 – Cálculo da Vazão Total: Q = qi 50 Método da Seção Média Cálculo da Área Total: A = ai Cálculo da Velocidade Média: V = Q/A Cálculo da largura do rio: L = dn – d1 Cálculo da profundidade do rio: P = A/L 51 Método Volumétrico Mede-se a vazão pelo tempo necessário para encher um reservatório de volume conhecido. Pode ser um pequeno tanque ou um balde (no caso de pequenos riachos). Pode-se usar o reservatório de uma usina hidrelétrica. Método limitado 52 Método Químico Método aplicado em rios com alta turbulência e garnde energia de fluxo (alto de bacias) São locais de difícil aplicação de outros métodos (drenagens rasas) 53 Método Químico Processo: 1 – Injeta-se no rio uma certa quantidade de um produto químico (em geral bicromato de sódio); 2 – Determina-se a concentração do produto na água do rio a uma certa distância a jusante (mistura homogênea); 54 Método Químico Cálculo da vazão: Q = q(Cs/Cr) Onde Q = Vazão da drenagem (m3/s) q = vazão da solução salina (L/s) Cs = Concentração da solução (g/L) e Cr = Concentração da substância na água (mg/L) 55 Método Químico Escolha da substância (normalmente um sal) depende: 1 – Preço acessível 2 – Solubilidade 3 – Não ser corrosivo, nem tóxico 4 – Não estar presente, em concentrações expressivas, na água da drenagem O bicromato de sódio (Na2Cr2O7) é o mais usado. 56 Uso de dispositivos regulares São dispositivos de geometria simples e bem definidas, como: Calha de Parshall Vertedores de Medida 57 58 59 60
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