Aula de hidráulica e Hidrologia

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HIDRROLOGIA
UNIPLAN
ENGENHARIA CIVIL
Profª. Ângela Duarte
Definição: 
Hidrologia é a ciência que trata da água na Terra, ......
Hidrologia Aplicada está voltada para os diferentes problemas dos recursos hidricos.
Encontra-se a água sob várias formas;
sobre a superfície terrestre,...
na atmosfera, .....
A água, em certos locais, pode ocorrer de forma quase ilimitada, como nos oceanos, ou em quantidades praticamente nulas, como nos desertos.
 
DISTRIBUIÇÃO:
DISTRIBUIÇÃO:
Ela pode ser dividida em:
97,30% - Oceanos. Impróprias para consumo e irrigação;
2,34% Gelo. Só aproveitada por meio de lençóis subterrâneos muito difíceis de acessar;
0,36% Rios, lagos e pântanos;
 
DISTRIBUIÇÃO:
0,36% A água disponível para consumo humano pode ser fracionada da seguinte forma:
80% para agricultura;
15% para indústria;
5% para consumo humano
DISTRIBUIÇÃO:
A água doce também se encontra em locais de difícil acesso;
Recurso renovável, mas limitado;
Distribuição da água é bastante heterogênea
DISTRIBUIÇÃO:
Brasil possui de 12% a 14% dos Recursos Hídricos potáveis do mundo;
80% da água doce se encontra na região amazônica, mas abastece apenas 5% da população brasileira;
Os 20% restantes estão divididos pelo país, e abastecem 95% da população brasileira;
DISTRIBUIÇÃO:
Quantidade,...
Qualidade,....
Doênças,...
Dados do BNDES e do Datasus, 65% das internações hospitalares de crianças com menos de 10 anos estão associadas à falta de saneamento básico; 
20 crianças de zero a quatro anos morrem por dia no país, em decorrência da falta de saneamento básico, principalmente de esgoto sanitário. 
Uma criança de zero a quatro anos morre no Brasil a cada 72 minutos por falta de esgoto sanitário; 
7,93% das crianças brasileiras nascem com baixo peso.” 
 
 Usos da Água
Abastecimento Urbano;
Abastecimento Industrial;
Irrigação e Agricultura;
Geração de Energia Elétrica;
Navegação;
Diluição de despejos;
Preservação de fauna e flora;
USOS DA ÁGUA
Usos consuntivos;
Usos não consuntivos;
Geração de Energia Elétrica 
Usada para fins energéticos por meio de geração de vapor d’água nas usinas termoelétricas ou pelo aproveitamento de energia potencial da água nas usinas hidrelétricas;
Geração de Energia Elétrica 
Podem introduzir uma série de impactos ambientais no meio aquático:
despejar calor nos corpos d’água;
criação da barragem cria desnível entre as superfícies;
Rio a montante torna-se um lago  altera a velocidade de escoamento, turbulências e o ecossistema aquático
Navegação 
A navegação pode perturbar o meio ambiente ao despejar substâncias poluidoras das embarcações no meio aquático; 
Aquicultura 
	A criação de organismos aquáticos de interesse para o homem requer padrões de qualidade da água praticamente idênticos aos necessários para a preservação da flora e da fauna;
Recreação 
	Várias alternativas de recreação para o homem (atividades náuticas, esportes, pescas, navegação, natação);
A água não deve apresentar organismos patogênicos e substâncias tóxicas;
Valor econômico bastante expressivo ligado ao aspecto estético da água;
Usos Diversos da Água e Conflitos 
	Os recursos podem ser utilizados de diversas maneiras, atendendo a várias necessidades simultaneamente;
Podem surgir conflitos com relação à utilização dos recursos hídricos;
Usos Diversos da Água e Conflitos 
	Despejos humanos, industriais e agrícolas  degradam a qualidade das águas, afetando outros usos como o abastecimento humano, industrial, irrigação e a preservação do meio ambiente e recreação;
Usos Diversos da Água e Conflitos 
	Necessidade de ajustar a variação temporal da oferta natural de água à sua demanda pode levar à necessidade da criação de um reservatório;
 
Usos Diversos da Água e Conflitos 
Usos consuntivos – uso em que o recurso hídrico não retorna ao corpo d’água em que foi retirado (irrigação, abastecimento industrial)  conflitam com quaisquer outros usos.
Subdivisão da Hidrologia
ASSOREAMENTO DE RIOS
Ciclo Hidrológico
O ciclo hidrológico é o fenômeno global de circulação fechada da água entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado fundamentalmente pela radiação solar associada a gravidade e a rotação terrestre (TUCCI, 2002). 
Ciclo Hidrológico Global
Ciclo Hidrológico Global
constitui basicamente em um processo contínuo de transporte de massas d’água do oceano para a atmosfera e desta, através de precipitações, escoamento (superficial e subterrâneo) novamente ao oceano 
Ciclo Hidrológico Global
Ciclo Hidrológico Global
Fluxos entre os principais processos do CH:
P = E = 423 x 1012 m³/ano
Ciclo Hidrológico Global
Evaporação direta dos oceanos = 85 %
Precipitação aos oceanos = 77 %
 36 % da energia incidente é utilizada para manter o CH
Ciclo Hidrológico Global
A quantidade de água e a velocidade a que esta circula nas diferentes etapas do ciclo hidrológico, varia com:
a cobertura vegetal,
altitude, 
topografia,
 temperatura, 
tipo de solo e geologia. 
Distribuição Global da água
Sobre os Continentes
      - Lagos de água doce
      - Lagos de água salina
      - Rios e canais
 
0,0100
0,0080
0,0001
Sob os Continentes
      - Lençóis subterrâneos
      - Umidade do solo
 
0,6200
0,0050
Geleiras
2,1500
Biosfera
0,0005
Atmosfera
0,0010
Oceanos
97,200
LOCALIZAÇÃO
PERCENTAGEM
TOTAL (1.355.000 x 1012 m3)
100%
Distribuição Global da água
Distribuição Global da água
Ciclo Hidrológico Terrestre
Os processos hidrológicos na bacia hidrográfica possuem duas direções predominantes de fluxo: vertical e longitudinal.
Vertical  precipitação, evapotranspiração, umidade e fluxo no solo
Horizontal  escoamento na direção dos gradientes da superfície e do subsolo
Ciclo Hidrológico Terrestre
Ciclo Hidrológico Terrestre
Processos ocorridos na bacia Hidrográfica
Radiação solar atinge a 
Superfície da terra
Parte é refletida
Parte é absorvida
Albedo (proporção)
 lagos = 5 a 7 %
Floresta trop. = 15 %
Varia ao longo do dia 	e do ano
Ciclo Hidrológico Terrestre
Processos ocorridos na bacia Hidrográfica
Vegetação atuando no fluxo de energia e da água:
Interceptação da chuva e radiação
Evaporação direta
Retém  15 % chuva
Transpiração  consumo da água do solo
Ciclo Hidrológico Terrestre
Processos ocorridos na bacia Hidrográfica
Fluxo de água no solo:
Infiltração 
Capacidade do solo
Tipo e uso do solo
Umidade do solo
Recarga dos aqüíferos
Armazenamento 
Ciclo Hidrológico Terrestre
Processos ocorridos na bacia Hidrográfica
Fluxo de água na superfície do solo:
Capacidade de Infiltração 
Tipo e uso do solo
Umidade do solo
Vazões de cheias
Distribuição da água no Brasil
Ciclo Hidrológico Terrestre
Interferência humana (efeitos antrópicos)
Níveis de atuação
A nível global
A nível local
Nível Global
Emissão de gases
	 efeito estufa  alterando as condições das emissões de radiação térmica, produzindo efeitos a nível global. 
modificação climática 
Nível Local
Desmatamento
	tende a aumentar a vazão média em função da diminuição da evapotranspiração, 
	porém, aumenta as vazões máximas e diminui das mínimas. 
Nível Local
Urbanização  impactos:
 	- aumento das vazões médias de cheia (em até 7 vezes), devido ao aumento da capacidade de escoamento através de condutos e canais e impermeabilização das superfícies;
	- aumento da produção de sedimentos devido a desproteção das superfícies e a produção de resíduos sólidos; 
Nível Local
Urbanização  impactos:
 	- deterioração da qualidade da água superficial e subterrânea, devido à lavagem das ruas, ao transporte de material sólido, às ligações clandestinas de esgoto cloacal e pluvial, e a contaminação direta de aqüíferos; 
Nível Local
Urbanização  impactos:
 	- pela forma desorganizada como a infra-estrutura urbana é implantada, como:
	 a) pontes e taludes de estradas
que obstruem o escoamento; 
	b) redução de seção do escoamento com aterros; c) deposição e obstrução de rios, canais e condutos, com lixos e sedimentos; 
	d) projeto e execução inadequados de obras de drenagem. 
Nível Local
Urbanização  impactos  ciclo hidro.
redução da infiltração no solo; 
aumentando o escoamento superficial ;
diminuir o nível do lençol freático por falta de alimentação	
Urbanização
Bacia Hidrográfica 
É a área geográfica na qual toda água de chuva precipitada escoa pela superfície do solo e atinge a seção considerada.
Sinônimo: bacia de contribuição, bacia de drenagem 
Bacia Hidrográfica 
É uma área delimitada topogra-ficamente, drenada por um curso d’água ou um sistema conectado de cursos d’água, tal que toda vazão efluente seja descarregada por uma simples saída” 
Bacia Hidrográfica 
A bacia hidrográfica compõe-se basicamente de um conjunto de vertentes e de uma rede de drenagem formada por cursos d’água que confluem até resultar um leito único no exutório 
Bacia Hidrográfica 
Bacia Hidrográfica 
Sub-Bacia Hidrográfica 
Mesmo conceito de BH, acrescido do enfoque de que o deságue se dá diretamente em outro rio.
Áreas de drenagem entre 20.000 e 300.000 ha 
Microbacia Hidrográfica 
	Mesmo conceito de BH, acrescido do enfoque de que o deságue se dá também em outro rio, porém a dimensão superficial da microbacia é menor que 20.000 ha.
	não existe consenso sobre qual o tamanho ideal
Microbacia Hidrográfica 
	Uma B.H. é necessariamente definida por um divisor de águas que a separa das bacias adjacentes 
Bacia Hidrográfica 
	Uma B.H. é necessariamente definida por um divisor de águas que a separa das bacias adjacentes 
Bacia Hidrográfica 
	Uma B.H. é necessariamente definida por um divisor de águas que a separa das bacias adjacentes 
Bacia Hidrográfica 
	Delimitação de uma B.H	
Bacia Hidrográfica 
	Tipos de divisores	
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
	Dados fisiográficos de uma BH são todos aqueles dados que podem ser extraídos de mapas, fotografias aéreas e imagens de satélites. 
	- áreas, 
	- comprimentos,
	- declividades; e
	- coberturas do solo.
medidos diretamente ou expressos por índices 	
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
	Esse dados são de grande importância em locais onde faltam dados ou em regiões onde não seja possível a instalação de estações hidrométricas.
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Área de drenagem 
	É a área plana (projeção horizontal) inclusa entre seus divisores topográficos. 
É o elemento básico para o cálculo das outras características físicas. 	
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Área de drenagem 
	Seu valor multiplicado pela lâmina precipitada define o volume de água recebido pela bacia 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Área de drenagem 
Determinação
		- uso de planímetro,
		- por meio de cálculos matemáticos de mapas arquivados eletronicamente através do SIG, 
		- “método dos quadradinhos”.
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Por exemplo, 
mapa na escala 1: 100.000: 
1 cm no mapa  a 100.000 cm ou 1.000 m ou 1,0 km, na medida real.
1 cm2  a 1,0 x 1,0 =1,0 km2.
Supondo que a escala do mapa fosse 1:50.000:
1 cm no mapa  a 50.000 cm = 500 m = 0,5 km real.
1 cm2 = 0,5 x 0,5 = 0,25 km2.
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Forma da Bacia 
	
	A forma da bacia influencia o escoamento superficial e, conseqüentemente, o hidrograma resultante de uma determinada chuva 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Forma da Bacia (Índices)
	Índice de Compacidade ou Coeficiente de Compacidade (kc) 
	é a relação entre o perímetro da bacia e a circunferência de um círculo de área igual à da bacia 
P – perímetro da bacia;
 A – área da bacia. 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
	Índice de Compacidade ou Coeficiente de Compacidade (kc) 
	os menores valores de kc indicam maior potencialidade de produção de picos de enchentes elevados 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Coeficiente de Compacidade (kc) 
	- kc  adimensional
	- Quanto maior o kc  mais irregular é a bacia
	- kc = 1  bacia circular (teórico)
	- Microbacias com Kc próximo de 1 devem ter maior proteção em cobertura florestal e conservação de solos
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Índice de Conformação (Fator de forma) 
     
 – é a relação entre a área da bacia e o quadrado de seu comprimento axial medido ao longo do curso d’água desde a desembocadura até a cabeceira mais distante do divisor de água.
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Índice de Conformação (Fator de forma)
	A – área da bacia;
	L – comprimento axial. 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Índice de Conformação (Fator de forma)
	Deve-se considerar que:
-  Quanto menor o Ic bacia menos sujeita a enchentes;
-         Microbacias de formas retangulares são menos susceptíveis a enchentes que as circulares, ovais ou quadradas.
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
tempo de concentração (tc)
	- tempo que leva a água para percorrer a distância entre o ponto mais remoto da área e o ponto de deságue 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Rede de drenagem (Rd)
É o conjunto de todos os cursos d´água de uma bacia hidrográfica, sendo expressa em km.
li – comprimento dos cursos d´água 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Densidade de drenagem (Dd)
É a relação entre o comprimento total dos cursos d´água e a área de drenagem e é expressa em km/ km2 . 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Densidade de drenagem (Dd)
	A densidade de drenagem indica eficiência da drenagem na bacia
Segundo VILLELA e MATOS (1985) uma densidade de drenagem na ordem de 0,5 km/km² a bacia será considerada pobre em drenagem e Dd  3,5 km/km² a bacia será excepcionalmente bem drenada.
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Densidade de confluências (Dc)
NC = número de confluências ou bifurcações apresentadas pela rede de drenagem 
1) Em um mapa feito na escala 1:50.000, a planimetria acusou o valor de 4.163 cm2 para a área de uma bacia hidrográfica, 
e foram totalizados. Em face desses dados, determine a densidade de drenagem dessa bacia.
EXERCÍCIO
(m)
2) Analise as alternativas abaixo e determine se são falsa ou 
verdadeiras. Justifique sua resposta.
Em uma bacia hidrográfica, todos os pontos de maior 
altitude no interior da bacia pertencem ao divisor d’água.
b) Tempo de Concentração (Tc) é definido como sendo o tempo,
 a partir do fim da precipitação, necessário para que 
toda a bacia contribua com a vazão na seção de controle.
c) O reflorestamento das encostas de uma bacia hidrográfica
 tende a aumentar o tempo de concentração da bacia.
EXERCÍCIO
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Número de ordem 
	A classificação dos rios quanto à ordem reflete o grau de ramificação ou bifurcação dentro de uma bacia 
	Geralmente, quanto maior o número de bifurcação maior serão os cursos d’água; 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
	começa-se a numerar todos os cursos d’água, a partir da nascente, de montante para jusante, colocando ordem 1 nos trechos antes de qualquer confluência. 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
	Adota-se a seguinte sistemática: quando ocorrer uma união de dois afluentes de ordens iguais, soma-se 1 ao rio resultante e caso os cursos forem de números diferentes, dá-se o número maior ao trecho seguinte 
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Declividade da bacia 
	A declividade dos terrenos de uma bacia controla em boa parte a velocidade com que se dá o escoamento superficial afetando portanto o tempo que leva a água da chuva
para concentrar-se nos leito dos fluviais que constituem a rede de drenagem das bacias. 
	
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Declividade da bacia 
Magnitude dos picos de enchente
Oportunidade de infiltração
Susceptibilidade para erosão
		velocidade do escoamento superficial
	
Características fisiográficas de uma bacia hidrográfica
Declividade da bacia 
	Determinação:
		Método das quadrículas associadas 	a um vetor. 
Declividade da bacia
		Método das quadrículas associadas 	a um vetor. 
	consiste em determinar a distribuição percentual das declividades dos terrenos por meio de uma amostragem estatística de declividades normais às curvas de nível em um grande número de pontos na bacia. 
Declividade da bacia
Exemplo:
Bacia: Ribeirão Lobo - S.P.
Mapa: IBGE (escala - 1: 50.000)
Área de drenagem: 177,25 km2 
Declividade da bacia
1
2
3
4
5
6
Declividade
(m/m)
Nº de ocorrências
% do total
% acumulada
Decl. média
 
col. 2
*
col. 5
0,0000 - 0,0049
249
69,55
100,00
0,00245
0,6100
0,0050 - 0,0099
69
19,27
30,45
0,00745
0,5141
0,0100 - 0,0149
13
3,63
11,18
0,01245
0,1618
0,0150 - 0,0199
7
1,96
7,55
0,01745
0,1222
0,0200 - 0,0249
0
0,00
5,59
0,02245
0,0000
0,0250 - 0,0299
15
4,19
5,59
0,02745
0,4118
0,0300 - 0,0349
0
0,00
1,40
0,03245
0,0000
0,0350 - 0,0399
0
0,00
1,40
0,03745
0,0000
0,0400 - 0,0449
0
0,00
1,40
0,04245
0,0000
0,0450 - 0,0499
5
1,40
1,40
0,04745
0,2373
TOTAL
358
100,00
-
-
2,0572
 
DECLIVIDADE MÉDIA = = 0,00575 m/m
 
1
2
3
4
5
6
Declividade
(m/m)
Nº de ocorrências
% do total
% acumulada
Decl. média
 
col. 2
*
col. 5
0,0000 - 0,0049
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69,55
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0,00245
0,6100
0,0050 - 0,0099
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30,45
0,00745
0,5141
0,0100 - 0,0149
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0,01245
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0,0150 - 0,0199
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0
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0,0000
0,0250 - 0,0299
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DECLIVIDADE MÉDIA = = 0,00575 m/m
 
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Declividade
(m/m)
Nº de ocorrências
% do total
% acumulada
Decl. média
 
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TOTAL
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DECLIVIDADE MÉDIA = = 0,00575 m/m
 
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Declividade
(m/m)
Nº de ocorrências
% do total
% acumulada
Decl. média
 
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0,1222
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0
0,00
5,59
0,02245
0,0000
0,0250 - 0,0299
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0,4118
0,0300 - 0,0349
0
0,00
1,40
0,03245
0,0000
0,0350 - 0,0399
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0,00
1,40
0,03745
0,0000
0,0400 - 0,0449
0
0,00
1,40
0,04245
0,0000
0,0450 - 0,0499
5
1,40
1,40
0,04745
0,2373
TOTAL
358
100,00
-
-
2,0572
 
DECLIVIDADE MÉDIA = = 0,00575 m/m
 
Declividade do Álveo
	ou declividade equivalente (Ieq)é a declividade do leito principal de uma bacia hidrográfica
Declividade do Álveo
	Determinação:
1.Pelo quociente entre a diferença de suas cotas e sua extensão horizontal 
Declividade do Álveo
	Determinação:
2. Pelo método de “compensação de área”: 
A1 = A2
Declividade do Álveo
	Determinação:
2. Pelo método de “compensação de área”: 
A1 = A2
Como ATR retângulo = área abaixo do perfil longitudinal do talvegue, pode-se escrever a equação de Ieq da seguinte forma 
Declividade do Álveo
	Determinação:
3. Pela média harmônica (mais utilizada) 
L = é a extensão total horizontal do perfil, que é dividido em n trechos, 
 Li = a extensão horizontal,
Ii, = a declividade média em cada trecho.
Declividade do Álveo
Exemplo:
Desenhar o perfil longitudinal do talvegue principal e determinar a declividade equivalente, utilizandar: - método de “compensação de área” 
	- média harmônica. 
Determinar também o tempo de concentração para duas declividades 
Declividade do Álveo
Exemplo:
Declividade do Álveo
Declividade do Álveo
Perfil Longitudinal
Declividade do Álveo
Declividade equivalente pelo método de “compensação de área” 
Declividade do Álveo
Declividade do Álveo
Declividade do Álveo
Atot = 173.600 + 943.400 + 1.112.400 + 3.473.100 + 2.090.900 + 2.194.200 = 9.987.600 m2 
ou 2,9 m/km
Declividade do Álveo
Cálculo da declividade equivalente pelo método da média harmônica. 
Declividade do Álveo
Declividade do Álveo
Declividade do Álveo
Declividade do Álveo
Precipitação 
 É a água proveniente do vapor d’água da atmosfera, que chega a superfície terrestre, sob a forma de: chuva, granizo, neve, orvalho, etc. 
Precipitação 
Formação da precipitação
o ar úmido das camadas baixas da atmosfera é aquecido por condução, torna-se mais leve que o ar das vizinhanças e sofre uma ascensão adiabática. Essa ascensão do ar provoca um resfriamento que pode fazê-lo atingir o seu ponto de saturação.
Precipitação 
A partir desse nível, há condensação do vapor d’água em forma de minúsculas gotas que são mantidas em suspensão, como nuvens ou nevoeiros. Essas gotas não possuem ainda massa suficiente para vencer a resistência do ar, sendo, portanto, mantidas em suspensão, até que, por um processo de crescimento, ela atinja tamanho suficiente para precipitar 
Tipos de chuva 
 Provocadas por “frentes”; no Brasil predominam as frentes frias provindas do sul;
 É de fácil previsão (é só acompanhar o avanço da frente);
 É de longa duração, intensidade baixa ou moderada, podendo causar abaixamento da temperatura;
Interessam em projetos de obras hidrelétricas, controle de cheias regionais e navegação. 
Chuvas frontais 
Chuvas frontais
++++++++++
----------------
+ - + - + -
Superfície
mTa
mPa
Tipos de chuva
Orográfica:
 Quando a massa de ar encontra uma barreira natural (montanha) é obrigada a ganhar altitude onde pode ocorrer a queda de temperatura e a condensação do vapor.
 São chuvas comuns no nordeste continental (Chapada Diamantina) e no sudeste (Serra do mar).
Tipos de chuva 
São provocadas por grandes barreiras de montanhas (ex.: Serra do Mar);
As chuvas são localizadas e intermitentes;
Possuem intensidade bastante elevada;
Geralmente são acompanhadas de neblina . 
Chuvas Orográficas 
Chuvas Orográficas
Superfície
mPa
- - - - - - - - - -
- - - - - - - - - -
mPa
TºC (-)
Limite da Troposfera
- - - - - - - -
+ + + + + +
- - - - - - -
- - - - - - - - - -
Tipos de chuva
Convectiva:
 Ocorre em função da subida do ar contendo muito vapor d`água e que ao ganhar altitude entra em contato com as camadas frias e sofre condensação e posterior precipitação.
 O ar quente e úmido sobe e desce frio e seco.
Tipos de chuva
Convectiva:
Ocorrem em dias quentes, geralmente no fim da tarde ou começo da noite;
Podem iniciar com granizo;
Podem ser acompanhada de descargas elétricas e de rajadas de vento;
Interessam às obras em pequenas bacias, como para cálculo de bueiros, galerias de águas pluviais, etc.
E V A P O T R A S P I R A Ç Ã O
Massas de ar
As massas de ar que atuam no Brasil e suas características
Sigla
Nomenclatura
Característica
Principal local de atuação
mTa
Massa Tropical atlâtica
Quente e úmida
Litoral do nordeste e sudeste
mTc
Massa Tropical continental
Quente e seca
Região centro oeste
mEc
Massa Equatorial continental
Quente e úmida
Região norte
mEa
Massa Equatorial atlântica
Quente e úmida
Litoral da região norte
mPa
Massa Polar atlântica
Fria e úmida
* No inverno atinge todo o território brasileiro
Massas de ar
Ações das massas de ar no Brasil:
A mPa é a que mais influência na organização climática do Brasil.
No inverno ela ganha força e se desloca para o continente.
Na região sul irá provocar as geadas;
Na região sudeste, chuvas orográficas (serra do mar);
No litoral nordestino chuvas frontais;
No sul da região norte, essa massa chega já enfraquecida, porém consegue provocar, queda brusca de temperatura, as friagens.
Na região Centro Oeste as ondas de frio.
Medidas de precipitação 
A quantidade da chuva é avaliada por meio de aparelhos chamados pluviômetros e pluviógrafos.
Quantifica-se a chuva pela altura de água caída e acumulada sobre uma superfície plana.
Medidas de precipitação
Grandezas das medidas pluviométricas
Altura pluviométrica 
Duração 
Intensidade da precipitação: Uma chuva de 1mm/ min corresponde a uma vazão de 1 litro/min afluindo a uma área de 1 m2.
Medidas de precipitação
Pluviômetros 
Medidas de precipitação
Pluviógrafos
	Os registros dos pluviógrafos são indispensáveis para o estudo de chuvas de curta duração, que é necessário para os projetos de galerias pluviais. 
Tipos de pluviógrafos
		Pluviógrafo de caçambas basculantes
		Pluviógrafo de peso 
		Pluviógrafo Flutuador 
Medidas de precipitação
Pluviógrafo de caçambas basculantes
		
Medidas de precipitação
Pluviógrafo de peso		
Medidas de precipitação
Pluviógrafo de flutuador 		
Medidas de precipitação
Instalação de pluviógrafos e pluviômetros 		
Organização de redes 
Rede básica  recolhe permanentemente os elementos necessários ao conhecimento do regime pluviométrico de um País (ou Estado);
Redes regionais  fornece informações para estudos específicos de uma região.
Organização de redes 
Densidade da rede  É admitido no Brasil que uma média de um posto por 400 a 500 km2 seja suficiente.
França  um posto a cada 200 km2;
Inglaterra  um posto a cada 50 km2;
Estados Unidos  um posto a cada 310 km2;
Organização de redes 
	No Estado de São Paulo, o DAEE/ CTH:
rede básica com cerca de 1000 pluviômetros e 130 pluviógrafos, 
densidade de aproximadamente um posto a cada 250 km2. 
140
Que tipo de anotação
Pluviogramas
	Os pluviogramas são gráficos nos quais a abscissa corresponde às horas do dia e a ordenada corresponde à altura de precipitação acumulada até aquele instante.
Ietogramas
	Os ietogramas são gráficos de barras, nos quais a abscissa representa a escala de tempo e a ordenada a altura de precipitação 
Processamento dos dados pluviométricos 
	Análises de consistência dos dados:
Detecção de erros grosseiros 
observações marcadas em dias que não existem (ex.: 31 de abril);
quantidades absurdas (ex.: 500 mm em um dia);
erro de transcrição (ex.: 0,36 mm em vez de 3,6 mm). 
Processamento dos dados pluviométricos 
	Análises de consistência dos dados:
Detecção de erros grosseiros 
No caso de pluviógrafos, para verificar se não houve defeito na sifonagem, acumula-se a quantidade precipitada em 24 horas e compara-se com a altura lida no pluviômetro que fica ao lado destes. 
Processamento dos dados pluviométricos 
	Análises de consistência dos dados:
2. Preenchimento de falhas 
dias sem observação ou mesmo intervalo de tempo maiores, por impedimento do observador ou o por estar o aparelho danificado.
Usa-se dados de 3 postos mais próximos
Processamento dos dados pluviométricos 
	2. Preenchimento de falhas 
Px é o valor de chuva que se deseja determinar;
Nx é a precipitação média anual do posto x;
 NA, NB e NC são as precipitações médias anuais do postos vizinhos A, B e C;
 PA, PB e PC são, respectivamente, as precipitações observadas no instante que o posto x falhou.
Processamento dos dados pluviométricos 
	3. Verificação da homogeneidade dos dados
	Mudanças na locação ou exposição de um pluviômetro podem causar um efeito significativo na quantidade de precipitação que ele mede, conduzindo a dados inconsistentes (dados de natureza diferente dentro do mesmo registro). 
Processamento dos dados pluviométricos 
	3. Verificação da homogeneidade dos dados
	Após o preenchimento da série é necessário analisar a sua consistência dentro de uma visão regional, isto é, comprovar o grau de homogeneidade dos dados disponíveis num posto com relação às observações registradas em postos vizinhos. 
Processamento dos dados pluviométricos 
	3. Verificação da homogeneidade dos dados
	A verificação da homogeneidade dos dados é feita através da análise de dupla-massa. Este método compara os valores acumulados anuais (ou sazonais) da estação X com os valores da estação de referência, que é usualmente a média de diversos postos vizinhos.
Processamento dos dados pluviométricos 
Processamento dos dados pluviométricos 
Análise de dupla-massa
Pa são os valores corrigidos;
P0 são dados a serem corrigidos;
Ma é o coeficiente angular da reta no período mais recente;
M0 é o coeficiente angular da reta no período anterior à sua inclinação.
Exemplo:
Processamento dos dados pluviométricos 
Processamento dos dados pluviométricos 
Processamento dos dados pluviométricos 
Variação geográfica e temporal das precipitações 
	Variação geográfica 
	Em geral, a precipitação é máxima no Equador e decresce com a latitude 
Variação geográfica e temporal das precipitações 
	Variação temporal 
	Existe uma variação em torno da média, porém, períodos úmidos, mesmo que irregularmente, são sempre contrabalançados por períodos secos 
Variação temporal das precipitações 
Variação temporal das precipitações 
Precipitações médias 
	Para calcular a precipitação média de uma superfície qualquer, é necessário utilizar as observações dos postos dentro dessa superfície e/ou nas suas vizinhanças 
Precipitações médias 
	Métodos:
Média Aritmética, 
Método de Thiessen e 
Método das Isoietas.
Média Aritmética
 = é chuva média na bacia;
 hi = é a altura pluviométrica registrada em cada posto; 
 n = número de postos na bacia hidrográfica 
Média Aritmética
Método recomendado apenas para bacias menores que 5.000 km2, com postos pluviométricos uniformemente distribuídos e a área for plana ou de relevo suave. Em geral, este método é usado apenas para comparações.
Polígonos de Thiessen 
São áreas de “domínio” de um posto pluviométrico. 
Considera-se que no interior dessas áreas a altura pluviométrica é a mesma do respectivo posto 
Polígonos de Thiessen 
Os polígonos são traçados da seguinte forma;
1º. Dois postos adjacentes são ligados por um segmento de reta;
2º. Traça-se a mediatriz deste segmento de reta. Esta mediatriz divide para um lado e para outro,
as regiões de “domínio”. 
Polígonos de Thiessen 
Polígonos de Thiessen 
3º. Este procedimento é realizado, inicialmente, para um posto qualquer (ex.: posto B), ligando-o aos adjacentes. Define-se, desta forma, o polígono daquele posto
 4º. Repete-se o mesmo procedimento para todos os postos.
5º. Desconsidera-se as áreas dos polígonos que estão fora da bacia.
Polígonos de Thiessen 
Polígonos de Thiessen 
A precipitação média na bacia é calculada pela expressão:
 é a precipitação média na bacia (mm);
Pi é a precipitação no posto i (mm);
Ai é a área do respectivo polígono, dentro da bacia (km2);
A é a área total da bacia.
Método das Isoietas 
Isoietas são linhas indicativas de mesma altura pluviométrica. Podem ser consideradas como “curvas de nível de chuva “.
O espaçamento entre eles depende do tipo de estudo, podendo ser de 5 em 5 mm, 10 em 10 mm, etc. 
Método das Isoietas 
Procedimento de traçado das isoietas:
1º. Definir qual o espaçamento desejado entre as isoietas.
2º. Liga-se por uma semi-reta, dois postos adjacentes, colocando suas respectivas alturas pluviométricas.
 3º. Interpola-se linearmente determinando os pontos onde vão passar as curvas de nível, dentro do intervalo das duas alturas pluviométricas.
Método das Isoietas 
Método das Isoietas 
Procedimento de traçado das isoietas:
4º. Procede-se dessa forma com todos os postos pluviométricos adjacentes.
5º. Ligam-se os pontos de mesma altura pluviométrica, determinando cada isoieta. 
6º. A precipitação média é obtida pela Equação:
hi = valor da isoieta de ordem i (mm);
hi+1 = valor da isoieta de ordem i+1 (mm); e
Ai = área entre duas isoietas sucessivas. 
Exemplo 1
Cálculo de precipitação média pelo método de Thiessen 
A figura mostra a bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho e 10 postos pluviométricos, instalados no seu interior e nas áreas adjacentes. Os totais anuais de chuva dos referidos postos estão apresentados na tabela: 
Exemplo 1 
Exemplo 1
Com base nestes dados, pede-se:
a) traçar o polígono de Thiessen;
b)Indicar procedimento de cálculo para determinar a chuva média na bacia.
Exemplo 1 
Exemplo 1 
Exemplo 2
Cálculo da chuva média pelo método das isoietas.
Dada a bacia do Rio das Pedras e a altura pluviométrica de 6 postos localizados no seu interior e área circunvizinhas, pede-se:
 a) traçar as isoietas, espaçadas de 100 mm;
 b) indicar o cálculo da precipitação média na bacia 
Exemplo 2
Exemplo 2
a) isoietas de 100 em 100 mm 
Exemplo 2
Chuvas intensas 
	Pode ser definida como a ocorrência extrema de precipitação com duração, distribuição temporal e espacial crítica para uma área ou bacia hidrográfica
Chuvas intensas 
	-A duração das chuvas varia desde alguns minutos até algumas dezenas de horas.
	-A área atingida pode variar desde alguns km2 até milhares de km2.
	-Conhecimento das precipitações intensas de curta duração  grandes obras hidráulicas, dimensionamento de galerias de águas pluviais, de telhados e calhas, condutos de drenagem, etc.
Chuvas intensas 
Curvas de Intensidade e duração :
	Dados de precipitações intensas  obtidos dos registros pluviográficos sob a forma de pluviogramas.
	Pode-se estabelecer, para diversas durações, as máximas intensidades ocorridas durante uma dada chuva. 
Chuvas intensas 
	- Durações usuais  5, 10, 15, 30 e 45 min; 1, 2, 3, 6, 12, e 24 horas.
	- Limite inferior: 5 min.  menor intervalo que se pode ler nos pluviogramas com precisão.
	- Limite superior: 24 h  para durações maiores que este valor, podem ser utilizados dados observados em pluviômetros.
Chuvas intensas 
Freqüência das maiores precipitações em Curitiba (em mm). 
Chuvas intensas 
Precipitações da tabela anterior transformadas em intensidades (mm/min). 
Chuvas intensas 
A probabilidade ou freqüência de ocorrência pode ser dada por :
(Fórmula de Kimbal) 
N = número total de anos considerados 
P = probabilidade, 
F = freqüência de ocorrência, e
T = período de retorno (anos)
Chuvas intensas 
Para i = 3  
 T  10,67 anos 
Chuvas intensas 
Precipitações que ocorrem em Curitiba 3 vezes em 31 anos 
Chuvas intensas 
Variação da intensidade com a freqüência
	interesse  quais as máximas precipitações que possam vir a ocorrer com uma determinada freqüência. 
Chuvas intensas 
Variação da intensidade com a freqüência
	as distribuições de valores extremos de grandezas hidrológicas, como a chuva e vazão, ajustam-se satisfatoriamente à distribuição de Gumbel, dada por 
ou seja
Chuvas intensas 
ou seja
P = probabilidade de um valor extremo X ser maior ou igual a um dado valor x;
 T = período de retorno;
 y = variável reduzida de Gumbel.
Chuvas intensas 
 onde
 	= média de amostra 
 Sx = desvio padrão de amostra 
Exemplo 
Visando um estudo das precipitações médias do mês de janeiro, determine as precipitações máximas, para os períodos de retorno de 50 e 1000 anos, a partir da série de dados apresentada no quadro abaixo (o ideal seria que a série histórica fosse superior a 25 anos de dados).
Exemplo 
Média das vazões 
Desvio padrão
 = 28,6 mm 
Exemplo 
Para T = 50 anos: 
P50 = 381,2 mm
Exemplo 
Para T = 1000 anos: 
P1000 = 448,3 mm 
Relação Intensidade – Duração – Freqüência (I-D-F) 
onde 
i é a intensidade máxima média (mm/min) para duração t; 
T0 , C e n são parâmetros a determinar.
Relação Intensidade – Duração – Freqüência (I-D-F) 
Certos autores procuram relacionar C com o período de retorno T 
Assim a eq. I-D-F fica,
Relação Intensidade – Duração – Freqüência (I-D-F) 
Para Curitiba (eng. Parigot de Souza):
Para São Paulo (eng. Paulo Sampaio Wilken);
Para Rio de Janeiro (eng. Ulysses Alcântara):
Exemplo 
Calcular a intensidade da chuva para seguintes condições: cidade de São Paulo, período de retorno de 50 anos e duração de 80 minutos. 
i = ?
T = 50 anos;
t = 80 minutos. 
Gráf1
	372
	400
	450
	500
	550
	600
	621
Comprimento (m)
Cota (m)
Plan1
	
	0	372
	12400	400
	30200	450
	41000	500
	63700	550
	74000	600
	83200	621
Plan2
	
Plan3
	
Gráfico1
	372	372	372
	400	613.28	604.96
	450
	500
	550
	600
	621
Perfil longitudinal
Compens. área
Média harmônica
Comprimento (m)
Cota (m)
Plan1
	
	0	372
	12400	400		0	372		0	372
	30200	450		83200	613.28		83200	604.96
	41000	500
	63700	550
	74000	600
	83200	621
Plan2
	
Plan3
	
Plan1
	Ano	Pabril (mm)		Ano	Pabril (mm)
	
	1967	348.2		1975	314.7
	1968	295.4		1976	288.0
	1969	315.6		1977	260.5
	1970	278.8		1978	335.4
	1971	304.3		1979	310.0
	1972	290.5		1980	294.3
	1973	277.9		1981	331.5
	1974	362.1
Plan2
	
Plan3