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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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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). PRECIPITAÇÃO 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 PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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). PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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: PRECIPITAÇÃO 5. Análise de Consistência Preenchimento de falhas c) Método das razões dos valores normais (Métodos das Médias Ponderadas). PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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: PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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% PRECIPITAÇÃO 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 PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO 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. PRECIPITAÇÃO Análise das Chuvas Intensas As equações de chuva intensa podem ser expressas matematicamente por equações da seguinte forma: PRECIPITAÇÃO Análise das Chuvas Intensas PRECIPITAÇÃO Análise das Chuvas Intensas Equações de chuva para algumas cidades brasileiras: PRECIPITAÇÃO Análise das Chuvas Intensas Equações de chuva para algumas cidades brasileiras: Slide 1 Slide 2 Slide 3 Slide 4 Slide 5 Slide 6 Slide 7 Slide 8 Slide 9 Slide 10 Slide 11 Slide 12 Slide 13 Slide 14 Slide 15 Slide 16 Slide 17 Slide 18 Slide 19 Slide 20 Slide 21 Slide 22 Slide 23 Slide 24 Slide 25 Slide 26 Slide 27 Slide 28 Slide 29 Slide 30 Slide 31 Slide 32 Slide 33 Slide 34 Slide 35 Slide 36 Slide 37 Slide 38 Slide 39 Slide 40 Slide 41 Slide 42 Slide 43 Slide 44
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