Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Hidrologia Aplicada e Sistemas de Drenagem 6CIV037 HEMERSON PINHEIRO hemersonpinheiro@uel.br Ementa • Ciclo hidrológico. Bacias hidrográficas. Precipitação. Evaporação e evapotranspiração. Infiltração. Interceptação. Escoamento superficial. Águas subterrâneas. Propagação de cheias. Controle de cheias.Drenagem Urbana. Drenagem de estradas. Controle da erosão. ObjeEvos • Estudar o comportamento Fsico da ocorrência e o aproveitamento da água em uma bacia hidrográfica quanEficando os recursos hídricos no tempo e no espaço e avaliando o impacto da modificação da bacia em relação aos processos hidrológicos. Objetivos A quantificação da disponibilidade hídrica serve de base para projeto, operação e planejamento de sistemas em recursos hídricos como: l atenuação de danos de enchentes, l drenagem de terras, l disposição de esgotos, l abastecimento de água, l irrigação, l aproveitamento hidrelétrico, l obras hidroviárias, l projetos de bueiros, l gerenciamento de bacias, entre outras aplicações. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO • Introdução. Importância e aplicação da Hidrologia. Histórico • Ciclo hidrológico. Equação fundamental. Balanço hídrico. • Bacia Hidrográfica. CaracterísEcas Fsicas. Influência no escoamento. • Planejamento de Recursos Hídricos. • Elementos de hidrometeorologia. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO • Aparelhos de medição hidrometeorológicas. Estações hidrometeorológicas. • Precipitação. Análise dos dados de precipitação. Precipitação média. Precipitações intensas. • Tratamento estaRsEco das variáveis hidrológicas. Curva de permanência. • Evaporação e evapotranspiração. Métodos de determinação. Balanço hídrico. • Interceptação. CONTEÚDO PROGRAMÁTICO • Infiltração e armazenamento no solo • Águas subterrâneas. Aqüíferos. Métodos de Theis e Jacob. Exploração de poços. • Escoamento superficial. Relação chuva-‐deflúvio. O hidrograma Rpico. Método racional. Método SCS. Método das Isócronas. Hidrograma unitário. • Escoamento em rios. Introdução. Medidas de vazão. Curva de permanência CONTEÚDO PROGRAMÁTICO • Propagação de cheias em rios. Método Muskingum. • Regularização de vazão. Introdução. Volume de regularização. • Controle de inundações. • Drenagem Urbana. Gerenciamento da drenagem urbana. Partes consEtuintes e respecEvas funções. Planejamento e projeto dos sistemas de drenagem (dimensionamento). CONTEÚDO PROGRAMÁTICO • Obras de macrodrenagem. Dissipadores de energia • Drenagem de estradas. Drenagem superficial. Drenagem de pavimentos. Drenagem de profunda • Erosão. Transporte de sedimentos. Assoreamento de rios e reservatórios Avaliação A avaliação constará da nota das provas, avaliação formativa, seminário e projeto de DU. Bimestre( Prova( Trabalho( Nota(do(Bimestre((Nx)( Data( 1" P1=8,0" Avaliações"formativas=2,0" N1=P1+A1" 02/04/2014" 2" P2=8,0" Avaliações"formativas=2,0" N2=P2+A2" 17/06/2014" 3" P3=7,0" Projeto"(Pr)=3,0" N3=P3+PR" 10/09/2014" 4" P4=8,0" Avaliações"formativas=2,0" N4=P4+A3" 19/11/2014" Nota"final" (N1+N2+N3+N4)/4" " Avaliação Avaliações formativas – 2,0 pontos (média das avaliações do bimestre).: consistirá de exercício para ser resolvido individualmente em aula Objetivo da avaliação formativa: acompanhar o aprendizado dos alunos e avaliar os pontos que precisam ser melhorados ou melhor trabalhados. Os alunos poderão substituir no dia da prova do bimestre no máximo duas das avaliações formativas (caso tenham perdido alguma ou desejem substituir a nota), fazendo a questão especifica referente à avaliação a ser recuperada, além das questões da prova. Prova bimestral: - 8,0 pontos (Conteúdo do bimestre). Projeto de Drenagem Urbana - 3o bimestre Sistema de microdrenagem de um loteamento (em grupos de no máximo 4 alunos) • projeto é dividido em 4 etapas, sendo que em cada etapa deverão ser apresentadas algumas partes do projeto conforme estipuladas a seguir: Etapa I – apresentação 12.08.2014 : estudo do escoamento superficial; delimitação das áreas drenadas; indicação do sentido de escoamento, Etapa II - apresentação – 26.08.2014: cálculo da vazão pluvial; capacidade das sarjetas; localização e número das bocas de lobo; traçado das galerias. Etapa III - apresentação – 16.09.2014: Cálculo das vazões por trecho de galeria; Dimensionamento hidráulico das galerias; Projeto geométrico das galerias. Etapa IV - apresentação – 30.09.2014: Elaboração final do projeto (plantas, perfis e detalhes); Planilhas ; Memorial de cálculo; Memorial descritivo. Hidrologia Introdução Hidrologia -‐ Definição • Hidrologia é a ciência que trata da água na terra, sua ocorrência, circulação e distribuição, suas propriedades Fsicas e químicas, e suas relações com o meio ambiente, incluindo suas relações com as formas vivas. Hidrologia como Ciência Tem Edo evolução significaEva em virtude dos problemas crescentes : • ocupação inadequada das bacias; • do incremento significaEvo da uElização da água. Papel do Engenheiro Civil Para o domínio e a uElização das águas são necessários: • planejamento, • projeto, • construção, e • operação Interdisciplinaridade • engenheiros, • agrônomos, • geólogos, • matemáEcos, • estaRsEcos, • geógrafos, • biólogos, entre outros. Hidrologia em Recursos Hídricos • É a área que estuda o comportamento Fsico da ocorrência e o aproveitamento da água na bacia hidrográfica, quanEficando os recursos hídricos no tempo e no espaço e avaliando o impacto da modificação da bacia hidrográfica sobre o comportamento dos processos hidrológicos. A quanEficação e a disponibilidade hídrica servem de base para o projeto e planejamento dos recursos hídricos. Hidrologia “Moderna" • O desenvolvimento dahidrologia moderna está ligado ao uso da água, ao controle da ação da mesma sobre a população e ao impacto sobre a bacia e o globo terrestre. Hidrologia como Ciência • Está voltada para a representação dos processos Fsicos que ocorrem na bacia hidrográfica. Hidrologia Aplicada Está voltada para os diferentes problemas que envolvem a u5lização dos recursos hídricos, preservação do meio ambiente e ocupação da bacia. Hidrologia Aplicada no Brasil • Planejamento e gerenciamento da bacia hidrográfica; • Drenagem urbana; • Energia; • Uso do solo rural; • Qualidade da água; • Abastecimento de água; • Irrigação; • Navegação Importância do Planejamento A ocupação da bacia pela população gera duas preocupações distintas: a) o impacto do meio sobre a população devido a enchentes; b) o impacto do homem sobre a bacia relacionado a preservação do meio ambiente. Incertezas nos projetos • Todos os projetos são feitos para o futuro, e o projeEsta não pode ter certeza quanto às exatas condições a que estarão sujeitas as obras: – métodos de esEmaEva de probabilidades relaEvas aos eventos hidrológicos. – É necessário a coleta de dados da natureza (precipitação, evapotranspiração, vazão, etc...) na forma de séries históricas. E quando não há dados disponíveis? • métodos alternaEvos para calcular a vazão na ausência de registros, como por exemplo: – fórmulas empíricas que transformam valores de precipitação em vazão; – uso de séries de precipitações para calcular as vazões através da aplicação de modelos computacionais que simulam o comportamento hidrológico da bacia – ou ainda através de métodos de regionalização de vazões. Diferenças entre projetos • Para os projetos que visam a uElização da água, é fundamental o conhecimento do volume escoado durante longos períodos de tempo; • Projetos de controle de enchentes (bueiros, galerias de águas pluviais) baseiam-‐se nos valores de pico dos escoamentos. O planejamento da ocupação da bacia hidrográfica é uma necessidade numa sociedade com usos crescentes da água, e que tende a ocupar espaços com riscos de inundação, além de danificar o seu meio. A tendência atual envolve desenvolvimento sustentado da bacia hidrográfica, que implica o aproveitamento racional dos recursos com o mínimo dano ao ambiente. Forte cheia no nordeste mata e desagriga milhares de pessoas EsEagem no Sul do Brasil ameaça envio de energia à ArgenEna Chuvas de março e abril afastam risco de racionamento de energia, dizem especialistas Seca australiana agrava crise global de produção de arroz Fundação invesDga mortandade de peixes no RS Eucaliptos: as árvores da sede Região do munícipio de Sengés alagado em janeiro de 2010 FONTE: www.r7.com Região litorânea do Paraná (Antonina, Morretes e Paranaguá) – março de 2011 FONTE: www.nota10.com.br Pista de caminhada do Lago Igapó alagada FONTE: www.bonde.com.br Junho de 2012 (19/06/12) Rua inundada -‐ Londrina FONTE: www.bonde.com.br -‐ foto do leitor André Francisco Aguiar Junho de 2012 (19/06/12) Barragem do Igapó transbordando -‐ foto da leitora Rossana Ziller FONTE: www.bonde.com.br Junho de 2012 (19/06/12) Aterro do lago Igapó -‐ foto do leitor Jeferson Idalgo FONTE: www.bonde.com.br Junho de 2012 (19/06/12) Hidrologia é a ciência que estuda a água sobre a Terra; sua quantidade, distribuição, circulação, características químicas e físicas, e sua relação com o meio ambiente e com os seres vivos. Introdução e Ciclo Hidrológico Ven Te Chow • De forma bem simplificada pode-se dizer que a hidrologia tenta responder à pergunta: § O que acontece com a água da chuva? • É uma “ciência da Terra”. O que é Hidrologia? O que é Engenharia Hidrológica? CONCEITO: • Utiliza princípios hidrológicos na solução de problemas de Engenharia relacionados à exploração dos recursos hídricos. • É uma ciência aplicada. • Subdivisões: Hidrogeologia, Hidrologia de Superfície, Hidrologia Estatística etc. *Adaptado de Zahed e Porto (USP) Engenharia Hidrológica • Abastecimento • Navegação • Irrigação • Diluição de poluentes • Manutenção dos ecossistemas • Pesca • Turismo • Recreação • Geração de energia elétrica • Relacionada aos usos da água Engenharia Hidrológica • Controle de cheias • Proteção contra enchentes • Drenagem urbana • Proteção/restauração de recursos biológicos • Erosão e assoreamento • Tratamento de esgotos • Gestão de águas • Relacionada ao manejo da água Usos da água no mundo • No ano 2000 o mundo todo usou duas vezes mais água do que em 1960. • O volume de água doce na superfície da terra é relativamente fixo. De certa forma, à medida que a população cresce e as aspirações dos indivíduos aumentam, há uma maior possibilidade de escassez de água no mundo. • O Brasil é um dos países mais ricos em água, embora existam problemas diversos. Abastecimento de água ETA Moinhos de Vento EsEma-‐se em 200 litros por habitante por dia o consumo de água no Brasil. Abastecimento de água EsEma-‐se em 200 litros por habitante por dia o consumo de água no Brasil. Até chegar às residências, boa parte da água é perdida em vazamentos dos sistemas de distribuição. A água dos vazamentos infiltra e fica armazenada no solo ou no subsolo. Eventualmente retorna aos rios. Aproximadamente 80% da água que chega a uma residência retorna como esgotocloacal. Cidades como Barcelona estão importando água para abastecimento usando navios. Irrigação Irrigação: maior uso mundial melhor produEvidade menos riscos climáEcos Irrigação: algumas dificuldades usar água em regiões secas transferir água conflitos com outros usos Irrigação Irrigação (métodos): inundação (arroz) aspersão (pivôs centrais) gotejamento Irrigação – água na agricultura EsEmaEvas de consumo de água para diferentes produtos. Uso industrial Refrigeração Vapor Processos Produto Limpeza 540 litros Lançamento e tratamento de esgotos Pesca Pesca subsistência artesanal comunidades naEvas Pesca Pesca esporEva turismo recreação serviços Navegação Navegação: vantagens maior capacidade de carga mais barata para determinadas cargas ($ por Kg relaEvamente baixo) como minério, grãos, madeira Navegação Navegação no Brasil RS (Lagoa, Jacuí e Taquari) SP (Tietê e Paraná) MT e MS (Paraguai) AM e RO (rio Madeira) rio Amazonas Araguaia? TocanEns? questões ambientais Navegação Eclusa rio Taquari Controle de cheias Diques de proteção contra cheias Controle de cheias Diques de proteção contra cheias Turismo Praia do rio Araguaia Sedimentos Sedimentos Manutenção de ecossistemas Rio dos Sinos – mortandade de peixes 2007? Geração de energia Geração de energia § Uso consuntivo • Abastecimento urbano • Abastecimento industrial • Irrigação • Dessedentação animal § Uso não consuntivo • Geração de energia elétrica • Navegação • Recreação § Manejo ambiental • Coleta, remoção e transformação de poluentes • Manejo de qualidade ambiental • Proteção/restauração de recursos biológicos Usos consunDvos e não consunDvos § Geração de energia elétrica § Térmica e Hidrelétrica § Os dois tipos utilizam muita água § Geração de energia elétrica por usinas hidrelétricas é muito mais barato do que geração de energia por usinas térmicas, embora o custo de implantação de uma usina hidrelétrica seja maior Hidrologia e Engenharia Elétrica País Capacidade instalada (MW) Produção (GW.horas.ano-1) Fração da energia elétrica produzida no país (%) Estados Unidos 74.800 296.380 10 Canadá 64.770 330.690 62 China 52.180 166.800 18 Brasil 51.100 250.000 97 Rússia 39.900 162.800 27 Noruega 26.000 112.680 99 França 23.100 65.500 15 Japão 21.170 91.300 9 Índia 20.580 72.280 25 Suécia 16.540 63.500 52 Total 10 países 390.290 1.611.930 22 Total mundial 633.730 2.445.390 20 Principais países produtores de energia hidrelétrica: País Capacidade instalada (MW) Produção (GW.horas.ano-1) Fração da energia elétrica produzida no país (%) Estados Unidos 74.800 296.380 10 Canadá 64.770 330.690 62 China 52.180 166.800 18 Brasil 51.100 250.000 97 Rússia 39.900 162.800 27 Noruega 26.000 112.680 99 França 23.100 65.500 15 Japão 21.170 91.300 9 Índia 20.580 72.280 25 Suécia 16.540 63.500 52 Total 10 países 390.290 1.611.930 22 Total mundial 633.730 2.445.390 20 • Causas: pouco carvão; falta de desenvolvimento da energia nuclear; disponibilidade de água; rios grandes e variações topográficas grandes (quedas). • Observar que o Brasil é o quarto país do mundo em capacidade instalada, mas o terceiro em produção. • Observar que o Brasil e a Noruega são os países com ma io r dependênc ia da energia hidrelétrica no total d e e n e r g i a e l é t r i c a produzida. Principais países produtores de energia hidrelétrica: q A potência de uma usina hidrelétrica é proporcional ao produto da descarga vezes a queda. q A queda é definida pela topografia e pelas características da barragem. q A descarga (vazão) é resultado dos processos de transformação da chuva em vazão que ocorrem na bacia hidrográfica. Hidrologia e Engenharia Elétrica § Vazão de projeto das turbinas. § Vazão de projeto do vertedor. § Vazão de projeto para desvio do rio durante a construção. § Variabilidade sazonal e interanual da vazão. § Operação de sistemas de usinas interligadas. Hidrologia e Engenharia Elétrica q Hidrologia e Hidrelétricas: Variabilidade da vazão:
Compartilhar