Apostila - Precipitação

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PRECIPITAÇÃO 
 
 
PRECIPITAÇÃO
 
 
Definição 
 
Entende-se por precipitação a água proveniente do vapor de água da 
atmosfera depositada na superfície terrestre sob qualquer forma: chuva, 
granizo, neblina, neve, orvalho ou geada. 
Representa o elo de ligação entre os demais fenômenos hidrológicos e 
fenômeno do escoamento superficial, sendo este último o que mais 
interessa ao engenheiro. 
 
PRECIPITAÇÃO
 
 
Elementos necessários a formação: 
 
- umidade atmosférica : (devido à evapotranspiração); 
- mecanismo de resfriamento do ar: (ascensão do ar úmido): quanto 
mais frio o ar, menor sua capacidade de suportar água em forma de 
vapor, o que culmina com a sua condensação. Pode-se dizer que o ar se 
resfria na razão de 1ºC por 100 m, até atingir a condição de saturação;
 
PRECIPITAÇÃO
 
 
Elementos necessários a formação: 
 
- presença de núcleos higroscópios; 
- mecanismo de crescimento das gotas: 
• coalescência: processo de crescimento devido ao choque de 
gotas pequenas originando outra maior; 
• difusão de vapor: condensação do vapor d’água sobre a 
superfície de uma gota pequena. 
 
PRECIPITAÇÃO
 
 
Elementos necessários a formação: 
Para que ocorra o resfriamento do ar úmido, há necessidade de sua 
ascensão, que pode ser devida aos seguintes fatores: ação frontal de 
massas de ar; convecção térmica; e relevo. 
A maneira com que o ar úmido ascende caracteriza o tipo de 
precipitação. 
 
PRECIPITAÇÃO 
 
Tipos de Precipitação 
 
1. Precipitações ciclônicas 
 
Estão associadas com o movimento de massas de ar de regiões de alta 
pressão para regiões de baixa pressão. Essas diferenças de pressões são 
causadas por aquecimento desigual da superfície terrestre. 
 Podem ser classificadas como frontal ou não frontal. 
 
PRECIPITAÇÃO
 
 
Tipos de Precipitação 
 
1. Precipitações ciclônicas 
 
a) Frontal: tipo mais comum, resulta da ascensão do ar quente sobre o 
ar frio na zona de contato entre duas massas de ar de características 
diferentes. Se a massa de ar se move de tal forma que o ar frio é 
substituído por ar mais quente, a frente é conhecida como frente quente, 
e se por outro lado, o ar quente é substituído por ar frio, a frente é fria. 
 
PRECIPITAÇÃO
 
 
Tipos de Precipitação 
 
1. Precipitações ciclônicas 
 
a) Frontal: tipo mais comum, resulta da ascensão do ar quente sobre o 
ar frio na zona de contato entre duas massas de ar de características 
diferentes. Se a massa de ar se move de tal forma que o ar frio é 
substituído por ar mais quente, a frente é conhecida como frente quente, 
e se por outro lado, o ar quente é substituído por ar frio, a frente é fria. 
 
PRECIPITAÇÃO
 
 
Tipos de Precipitação 
1. Precipitações ciclônicas 
corte vertical através de uma superfície frontal.
 
PRECIPITAÇÃO
 
 
Tipos de Precipitação 
 
1. Precipitações ciclônicas 
 
b) Não Frontal: é resultado de uma baixa barométrica, neste caso o ar é 
elevado em consequência de uma convergência horizontal em áreas de 
baixa pressão. 
 
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Tipos de Precipitação 
 
1. Precipitações ciclônicas 
 
É uma chuva de menor intensidade, com pingos menores, e de longa 
duração. Pode ocorrer por vários dias, apresentando pausas e chuviscos 
entre fases mais intensas. 
Na metade sudeste do continente, pode ocorrer em qualquer época do 
ano, mas tem maior duração nos meses frios, quando os fenômenos 
atmosféricos são menos intensos. 
 
 
PRECIPITAÇÃO 
 
Tipos de Precipitação 
 
1. Precipitações ciclônicas 
 
Pode produzir ventos fortes e grande quantidade de raios. Ocorre em 
uma imensa área simultaneamente. 
Como se forma: ocorre pelo encontro de duas grandes massa de ar. Uma 
quente e úmida, estacionária ou vinda do quadrante norte, outra fria, 
vinda do quadrante sul. 
 
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Tipos de Precipitação 
 
1. Precipitações ciclônicas 
A frente fria, mais densa, entra por baixo, 
levando para cima a massa de ar quente. 
Quando esta massa de ar quente possui 
elevada umidade relativa, a chuva é 
iminente. 
Frentes frias ocorrem comumente a cada 6 a 
8 dias, e poderão ou não provocar chuva. 
 
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PRECIPITAÇÃO
 
 
Tipos de Precipitação 
 
1. Precipitações ciclônicas 
 
As precipitações ciclônicas são de 
longa duração e apresentam 
intensidades de baixa a moderada, 
espalhando-se por grandes áreas. Por 
isso são importantes, principalmente 
no desenvolvimento e manejo de 
projetos em grandes bacias 
hidrográficas.
 
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Tipos de Precipitação 
 
2. Precipitações Convectivas 
 
 São típicas das regiões tropicais. O aquecimento desigual da superfície 
terrestre provoca o aparecimento de camadas de ar com densidades 
diferentes, o que gera uma estratificação térmica da atmosfera em 
equilíbrio instável. Se esse equilíbrio, por qualquer motivo (vento, 
superaquecimento), for quebrado, provoca uma ascensão brusca e 
violenta do ar menos denso, capaz de atingir grandes altitudes.
 
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Tipos de Precipitação 
 
2. Precipitações Convectivas 
 
As precipitações convectivas 
são de grande intensidade e 
curta duração, concentradas em 
pequenas áreas (chuvas de 
verão). São importantes para 
projetos em pequenas bacias.
 
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Tipos de Precipitação 
 
3. Precipitações Orográficas 
 
Resultam da ascensão mecânica de correntes de ar úmido horizontal sobre 
barreiras naturais, tais como montanhas. As precipitações da Serra do Mar 
são exemplos típicos. 
 
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As grandezas características são: 
 a) Altura pluviométrica: lâmina d’água precipitada sobre uma área. As 
medidas realizadas nos pluviômetros são expressas em mm; 
 b) Intensidade de precipitação: é a relação entre a altura pluviométrica e a 
duração da precipitação expressa, geralmente em mm.h-1 ou mm.min-1;
c) Duração: período de tempo contado desde o início até o fim 
daprecipitação (h ou min).
 
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 As grandezas características são: 
Existem várias marcas de pluviômetros em uso no Brasil.
 
Os mais comuns são o Ville de Paris, com uma superfície receptora de 400 
cm2, e o Ville de Paris modificado, com uma área receptora de 500 cm2. 
Uma lâmina de 1mm corresponde a: 400 . 0,1 = 40 cm3 = 40 mL
 
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As grandezas características são: 
Os pluviógrafos, cujos registros permitem 
o estudo da relação 
intensidade/duração/frequência tão 
importantes para projetos de galerias 
pluviais e de enchentes em pequenas bacias 
hidrográficas, possuem uma superfície 
receptora de 200 cm2. O modelo mais 
usado no Brasil é o de sifão de fabricação 
Fuess.
 
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5. Análise de Consistência
Preenchimento de falhas
Muitas observações pluviométricas apresentam falhas em seus registros 
devido à ausência do observador ou por defeitos no aparelho. Entretanto, 
como há necessidade de se trabalhar com dados contínuos, essas falhas 
devem ser preenchidas.
 
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5. Análise de Consistência
Preenchimento de falhas
Existem vários métodos para se processar o preenchimento:
a) Regressão Linear: explica o comportamento de uma variável em função 
de outra.
PB = a + b. PA
A estima a precipitação no posto B a partir do valor de precipitação no
posto A.
 
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5. Análise de Consistência
Preenchimento de falhas
Os coeficientes da equação linear (a e b) podemser estimados plotandose
os valores de precipitação de dois postos em um papel milimetrado ou 
com a utilização do método dos mínimos quadrados.
b) Média Aritmética dos postos vizinhos (Métodos das Médias 
Aritméticas).
 
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5. Análise de Consistência
Preenchimento de falhas
Esses dois métodos só devem ser utilizados em regiões hidrologicamente 
homogêneas, isto é, quando as precipitações normais anuais dos postos 
não diferirem entre si em mais de 10%. Para isso devem ser consideradas 
séries históricas de no mínimo 30 anos.
 
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5. Análise de Consistência
Preenchimento de falhas
c) Método das razões dos valores normais (Métodos das Médias Ponderadas).
Um método bastante utilizado para se fazer esta estimativa tem como base os 
registros pluviométricos de três estações localizadas o mais próximo possível da 
estação que apresenta falha nos dados de precipitação. Designando por X a 
estação que apresenta falha e por A, B e C as estações vizinhas, pode-se 
determinar Px da estação X pela média ponderada do registro das três estações 
vizinhas, onde os pesos são as razões entre as precipitações normais anuais:
 
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5. Análise de Consistência
Preenchimento de falhas
c) Método das razões dos valores normais (Métodos das Médias Ponderadas).
 
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6. Precipitação Média Sobre uma Bacia
A altura média de precipitação em uma área específica é necessária em 
muitos tipos de problemas hidrológicos, notadamente na determinação do
balanço hídrico de uma bacia hidrográfica, cujo estudo pode ser feito com 
base em um temporal isolado, com base em totais anuais, etc.
Existem três métodos para essa determinação: o método aritmético, o 
método de Thiessem e o método das Isoietas.
 
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6. Precipitação Média Sobre uma Bacia
6.1. Método Aritmético
É o método mais simples e consiste em se determinar a média aritmética entre as 
quantidades medidas na área. Esse método só apresenta boa estimativa se os 
aparelhos forem distribuídos uniformemente e a área for plana ou de relevo muito 
suave. É necessário também que a média efetuada em cada aparelho 
individualmente varie pouco em relação à média. 
 
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Risco
Dentro deste estudo, uma outra possibilidade a considerar é a de que um certo 
fenômeno se repita ou não com certa intensidade pelo menos uma vez, porém dentro 
de N anos. 
Esse tipo de estudo é particularmente importante quando se analisam eventos (chuvas 
máximas, enchentes, etc.) para dimensionamento de estruturas hidráulicas de 
proteção. 
Neste caso, o valor de T (período de retorno) corresponde a um valor extremo da 
série anual.
 
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Risco
Nesses projetos são também considerados fatores econômicos e a ociosidade da 
estrutura se for superdimensionada. Por isso, um critério para a escolha de T é 
baseado no chamado risco permissível ou o risco que se quer correr para o caso de 
ruptura ou falha da estrutura.
 
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Risco
A probabilidade de que uma precipitação extrema de certa intensidade seja igualada 
ou superada uma vez dentro de um ano é:
A probabilidade de não ser superada é:
 
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Risco
A probabilidade de não ocorrer um valor igual ou maior (ou de não ser superada) 
dentro de N quaisquer anos é:
Por outro lado, a probabilidade de ser superada pelo menos uma vez dentro de N anos 
é:
e portanto: em que: J é denominado o índice de risco.
 
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Exercício de Risco
1) Uma precipitação elevada tem um tempo de recorrência de 10 anos.
a) Qual a sua probabilidade de ocorrência no próximo ano?
T = 10 anos ou seja:
P = 1/T = 1/10 = 0,10 ou 10%
b) Qual a sua probabilidade de ocorrência nos próximos 5 anos? 
n = 5; 
J = 1 – (1 - 0,10)5 = 40,95%
 
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Exercício de Risco
2) No projeto de uma estrutura de proteção contra enchentes deseja-se 
correr um risco de ruptura de 22% para uma vida útil de 50 anos. Qual 
o período de retorno para o valor de enchente em média esperado?
N = 50 J = 15% = 0,22
P = 1 – (1 – J) 1/N
P = 1 – (1 – 0,22) 1/50 = 1 – (0,78)0,02 = 0,004957
T = 1/P = 1/0,004957 = 201,73 anos
 
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 Análise das Chuvas Intensas
Para projetos de obras hidráulicas, tais como vertedores de barragens, sistemas 
de drenagem, galerias pluviais, dimensionamento de bueiros, conservação de 
solos, etc., é de fundamental importância se conhecer as grandezas que 
caracterizam as precipitações máximas: intensidade, duração e frequência.
 
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 Análise das Chuvas Intensas
Com relação à conservação do solo, além das precipitações máximas com 
vistas ao dimensionamento de estruturas de contenção do escoamento 
superficial, a erosividade das chuvas tem grande importância, pois está 
diretamente relacionada com a erosão do solo.
 
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 Análise das Chuvas Intensas
A precipitação máxima é entendida como a ocorrência extrema, com 
determinada duração, distribuição temporal e espacial crítica para uma área ou 
bacia hidrográfica. A precipitação tem efeito direto sobre a erosão do solo, em 
inundações em áreas urbanas e rurais, obras hidráulicas, entre outras. O estudo 
das precipitações máximas é um dos caminhos para conhecer-se a vazão de 
enchente de uma bacia.
 
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 Análise das Chuvas Intensas
As equações de chuva intensa podem ser expressas matematicamente por 
equações da seguinte forma:
 
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 Análise das Chuvas Intensas
 
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 Análise das Chuvas Intensas
Equações de chuva para algumas cidades brasileiras:
 
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 Análise das Chuvas Intensas
Equações de chuva para algumas cidades brasileiras:
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