Precipitação aula 2017

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 E por meio da precipitação que se da a 
entrada de água em uma bacia hidrográfica, 
e o seu comportamento no espaço e tempo é 
um dos principais responsáveis pelas 
respostas hidrológicas da bacia hidrográfica 
 
 A precipitação ocorre na forma de: 
◦ Chuva 
◦ Granizo 
◦ Neve 
◦ Geada 
 A precipitação interage diretamente com as 
atividades humanas, assim o estudo dela 
pode minimizar os efeitos negativos e 
maximizar os positivos, através de uma 
interação sustentável com as atividades 
humanas, principalmente em relação ao uso 
adequado do solo. 
a) Umidade atmosférica: é a concentração de 
vapor na atmosfera – é de suma importância 
para as precipitações. 
 
b) Umidade relativa: Expressa a quantidade 
atual de vapor em relação a quantidade máxima 
que o ar atmosférico pode conter 
UR (%) = et /est*100 
et = vapor atual de água na atm 
est saturação de vapor de água na atm 
 
 
 
c) Ponto de orvalho: é a temperatura em que o 
ar úmido, mantenho a mesma pressão, sofre 
saturação 
 
d) Ponto de condensação: é a temperatura 
que adquiri o ar úmido quando, evoluindo 
adiabaticamente (sem troca de calor) atinge 
um nível em que et = est (vapor de água na 
atmosfera é igual ao vapor de saturação), 
ocorrendo a precipitação. 
 
 
 
Fluxos de energia  principal  radiação 
 ativa o ciclo hidrológico 
 
A radiação pode se apresentar das seguintes 
formas: 
 
 Solar  ondas curtas e alta intensidade 
 Terrestre  ondas longas e baixa intensidade 
Outras formas de fluxo de energia 
 
Condução: por meio da matéria, atividade 
molecular interna (sem movimento de massa); 
vapor de água e CO2 são os principais 
absorventes de energia e a transmitem por 
contato. 
Outras formas de fluxo de energia 
 
Convecção: transferência de calor através de 
um fluido que ocorre devido ao movimento do 
próprio fluido. 
 
*Importante na formação de nuvens, o ar se aquece 
próximo a superfície, se expande e se eleva, quando 
atinge temperaturas mais baixas se condensa 
podendo precipitar. 
Chuva: É a principal forma de precipitação no 
mundo, principalmente em regiões tropicais e 
subtropicais 
 
A precipitação atinge a superficie da terra na forma 
liquida, e os processos gerados por essa situação são 
os principais processos da hidrologia, com a 
interação chuva-infiltração-escoamento. 
Granizo: a precipitação ocorre na forma 
irregulares de gelo, com tamanho mínimo de 5 
mm. 
 
O granizo é formado pelo congelamento instantâneo 
de gotículas, produzido por forte e rápida ascensão 
atmosférica do vapor de água 
Neve: é uma forma de precipitação na qual há 
formação de flocos de gelo com formatos 
normalmente hexagonais, em nuvens abaixo de 
0° C 
 
 
Orvalho: O vapor da atmosfera sofre 
condensação e precipita nas diferentes 
superfícies. Ocorre quando o ar úmido atinge 
superfícies frias, o qual ocasiona a condensação 
do ar atmosférico 
 
Geada: Ocorre de maneira semelhante ao orvalho, 
no entanto ocorre o processo de sublimação, no 
qual o ar úmido se condensa na forma de gelo 
sobre as superfícies. 
 
 
 
Neblina: Consiste na condensação do vapor de água 
em pequenas gotículas em decorrência do 
resfriamento da atmosfera. Normalmente são 
formadas a noite e no inicio da manhã em áreas de 
serra ou relevo montanhoso, onde há o acúmulo do 
ar frio. 
O processo de condensação por si só não é capaz de promover a ocorrência 
de precipitação, pois nesse processo são formadas gotículas muito pequenas, 
denominadas de elementos de nuvem, que permanecem em suspensão na 
atmosfera, não tendo massa suficiente para vencer a força de flutuação 
térmica. 
Para que haja a precipitação deve haver a formação de gotas maiores, 
denominadas de elementos de precipitação, resultantes da coalescência das 
gotas menores, que ocorre devido a diferenças de temperatura, tamanho, 
cargas elétricas e, também, devido ao próprio movimento turbulento. 
 Coalescência: 
 
Aumento das gotas por 
meio da colisão 
(turbulência do ar, forças 
elétricas e movimento 
Browniano). 
Na queda as gotas 
menores vão se 
incorporando nas 
maiores 
 Difusão: 
 
O ar, após atingir o nível de condensação, 
continua evoluindo e difundindo o vapor 
supersaturado e sua consequente condensação 
em torno das gotículas, as quais aumentam o 
seu tamanho. 
 Diâmetro das gotículas: 
Nuvens: 0,01 a 0,03 mm 
 
Chuva: 0,5 a 2,0 mm podendo chegar em 
alguns casos a 5,0 mm 
 
 
 
 
Chuva Frontal 
Originada do encontro de massas de ar 
com diferentes características de 
temperatura e umidade. Nesse 
processo ocorre a “convecção forçada”, 
com a massa de ar quente e úmida se 
sobrepondo à massa fria e seca. Com 
a massa de ar quente e úmida se 
elevando, ocorre o processo de 
resfriamento adiabático, com 
condensação e posterior precipitação. 
Características das 
chuvas frontais 
Distribuição: generalizada na região 
Intensidade: fraca a moderada, dependendo do tipo 
de frente 
Predominância: sem horário predominante 
Duração: média a longa (horas a dias), dependendo 
da velocidade de deslocamento da frente. 
Chuva Convectiva 
Ocorrem pelo aquecimento de massas 
de ar próxima a superfície, onde o ar se 
expandi e sobe onde as temperaturas 
são mais baixas ocorrendo dessa 
maneira a condensação do vapor, 
formação de nuvens e precipitação 
Características das 
chuvas convectivas 
Distribuição: localizada, com grande variabilidade 
espacial 
Intensidade: moderada a forte, dependendo do 
desenvolvimento vertical da nuvem 
Predominância: no período da tarde/início da noite 
Duração: curta a média (minutos a horas) 
Chuva Orográfica 
Ocorrem em regiões onde 
barreiras orográficas forçam a 
elevação do ar úmido, 
provocando convecção forçada, 
resultando em resfriamento 
adiabático e em chuva na face a 
barlavento. Na face a sotavento, 
ocorre a sombra de chuva, ou 
seja, ausência de chuvas devido 
ao efeito orográfico. 
 
Medida da Chuva 
A medida da chuva é feita pontualmente em estações meteorológicas, tanto 
automáticas como convencionais. O equipamento básico para a medida da chuva é o 
pluviômetro, o qual tem diversos tipos (formato, tamanho, sistema de 
medida/registro). A unidade de medida da chuva é a altura pluviométrica (h), que 
normalmente é expressa em milímetros (mm). Em alguns países são utilizadas outras 
unidades, como a polegaga (inches – in.), sendo 1mm = 0,039 in. A altura 
pluviométrica (h) é dada pela seguinte relação: 
 
h = Volume precipitado / Área de captação 
 
Se 1 litro de água for captado por uma área de 1 m2, a lâmina de água coletada terá a 
altura de 1mm. Em outras palavras, 1mm = 1L / 1m2. Portanto, se um pluviômetro 
coletar 52 mm, isso corresponderá a 52 litros por 1m2. 
 
h = 1L / 1m2 = 1.000 cm3 / 10.000 cm2 = 0,1 cm = 1mm 
Equipamentos para medida da chuva 
Pluviômetros 
Os pluviômetros são instrumentos normalmente operados em estações meteorológicas 
convencionais ou mini-estações termo-pluviométricas. O pluviômetro padrão utilizado na rede de 
postos do Brasil é o Ville de Paris (foto da esquerda). Outros tipos de pluviômetro (fotos do centro e 
da direita) são comercializados ao um custo menor e tem por finalidade monitorar as chuvas em 
propriedades agrícolas. A durabilidade desses pluviômetros e sua precisão, em função da menor 
área de captação, são menores do que a dos pluviômetros padrões. A área de captação mínima 
recomendável é de 100 cm2. 
Ville de Paris (A = 490 cm2) KCCI (A = 176 cm
2) 
SR(A = 15 cm2) 
Equipamentos para medida da chuva 
Pluviômetros 
O pluviômetro mais utilizado no 
pais é o Ville de Paris tem uma 
forma cilíndrica com área de 
captação de 400 cm², de modo 
que o volume de 40 ml 
corresponda a 1 mm de chuva, 
geralmente é instalada a 1,5 m do 
solo. 
Ville de Paris (A = 400 cm2) 
Pluviógrafo 
Os pluviógrafos são dotados de um sistema de registro diário, no qual um 
diagrama (pluviograma) é instalado. Ele registra a chuva acumulada em 24h, 
o horário da chuva e a sua intensidade. São equipamentos usados nas 
estações meteorológicas convencionais 
O pluviograma acima mostra uma chuva 
ocorrida no dia 11/03/1999, em que foi 
registrado cerca de 76mm em 5h. A chuva se 
concentrou entre 20h do dia 10/03 e 1h do dia 
11/03. A intensidade máxima foi observada 
entre 20:30 e 21:30, com cerca de 53mm/h. 
Estações meteorológicas 
utilizam: 
Pluviômetros de báscula 
Os pluviômetros de báscula são sensores eletrônicos 
para a medida da chuva, usados nas estações 
meteorológicas automáticas. Eles possuem duas 
básculas, dispostas em sistema de gangorra, com 
capacidade para armazenar de 0,1 a 0,2mm de chuva. 
Conforme a chuva vai ocorrendo o sistema é acionado 
e um contador disposto no sistema de aquisição de 
dados registra a altura pluviométrica acumulada. Esse 
equipamento registra o total de chuva, o horário de 
ocorrência e a intensidade. 
Básculas dispostas 
em um sistema de 
gangorra 
 
A medição de chuva por radar está baseada na 
emissão de pulsos de radiação eletromagnética que 
são refletidos pelas partículas de chuva na atmosfera, 
e na medição da intensidade do sinal refletido. A 
relação entre a intensidade do sinal enviado e sinal 
recebido, denominado refletividade, é correlacionada 
a intensidade de chuva caindo na região. 
Os satélites medem a temperatura no topo das 
nuvens e tem uma relação com a precipitação, há 
também alguns radares em satélites o qual auxiliam 
na estimativa da precipitação por satélites. 
Observação: 
 No Brasil ainda deve melhorar a precisão dos radares e 
satélites; 
 O estado de são paulo são os mais bem servido de 
radares meteorológicos 
 Necessitando de dados mais precisos e pontuais deve 
ser utilizada uma estação meteorológica ou 
pluviômetros e pluviográfos. 
 
 
 
 Ana 
 Inmet 
 Iapar para o Paraná 
 Hidroweb 
 outros 
A) Altura pluviométrica (h): 
Representa a altura da lâmina de água 
precipitada, caso a mesma fosse recolhida em 
uma superfície horizontal, sendo expressa em 
mm, cm ou em polegadas em alguns países. 
 
Pode expressar uma chuva isolada ou uma 
precipitação em um dado intervalo de tempo. 
 
B) Tempo de duração (t): 
É o período de tempo contado desde o início 
até o final da precipitação (horas ou minutos) 
 
C) Intensidade da precipitação: 
É uma grandeza intensiva e instantânea, 
representado pela variação da lâmina 
precipitada num intervalo de tempo (i = dh/dt) 
D) Frequência: 
É o numero de ocorrência de uma determinada 
precipitação no decorrer de um período de 
tempo especificado. 
 
 
 
Observação: 
Para a hidrologia e estudos associados 
ao potencial erosivo da chuva, 
considera-se eventos separados por 
mais de 6 horas, sendo eventos 
distintos. 
 
 
 
Exemplo: 
Em um dado pluviograma temos dois eventos ocorridos fornecendo dados 
para as seguintes intepretações: 
 
Evento 1: 9:40 ás 14:20 
Evento 2: 21:30 ás 08:00 
 
a) Total precipitado: 
Evento 1: 8,6 mm 
Evento 2: 26,8 mm 
 
b) Duração 
Evento 1: 4: 40 horas (280 minutos) 
Evento 2: 10:30 horas (630 minutos) 
 
 
 
 
c) Intensidade média 
Evento 1: 1,843 mm h-1 
Evento 2: 2,552 mm h-1 
A Tabela apresenta a análise de 
freqüência de ocorrência de chuvas 
diárias de diferentes intensidades ao 
longo de um período de 23 anos em 
uma estação pluviométrica no interior 
do Paraná. Observa-se que ocorreram 
5597 dias sem chuva (P = zero) no 
período total de 8279 dias, isto é, em 
67% dos dias do período não ocorreu 
chuva. Em pouco mais de 17% dos 
dias do período ocorreram chuvas 
com intensidade baixa (menos do que 
10 mm). A medida em que aumenta a 
intensidade da chuva diminui a 
freqüência de ocorrência. 
A variável utilizada na hidrologia 
para avaliar eventos extremos 
como chuvas muito intensas é o 
tempo de retorno (TR), dado em 
anos. O tempo de retorno é uma 
estimativa do tempo em que um 
evento é igualado ou superado, em 
média. 
Há uma grande variabilidade espacial das 
precipitações, e, considerando uma área de 
coleta de 400cm² para representar grandes 
áreas, deve-se utilizar de processos para 
representar a precipitação média. 
A forma de representar a variabilidade espacial 
da chuva para um evento, para um ano inteiro 
de dados ou para representar a precipitação 
média anual ao longo de um período de 30 
anos são as linhas de mesma precipitação 
(isoietas) desenhadas sobre um mapa. As 
isoietas são obtidas por interpolação dos dados 
de pluviômetros ou pluviógrafos e podem ser 
traçadas de forma manual ou automática. 
 
 
 
Em razão da variabilidade espacial das 
precipitações é necessário estimar a 
precipitação média sobre uma bacia, a qual 
pode ser feita de 3 maneiras: 
 
 Média aritmética 
 Poligonos de Thiessen 
 Método de isoietas – interpolação em SIGs 
Utilizando o método da média 
aritmética considera-se os 
pluviômetros que estão no interior da 
bacia. 
 
 A média da chuva é 
 
Pm = (66+50+44+40)/4 = 50 mm. 
Traçar linhas que unem os 
postos pluviométricos mais 
próximos entre si. 
Traçar linhas médias 
perpendiculares às linhas que unem 
os postos pluviométricos. 
Definir a região de 
influência de cada posto 
pluviométrico e medir a sua 
área. 
Área total = 100 km2 
 
Área sob influência do posto com 120 mm = 15 km2 
Área sob influência do posto com 70 mm = 40 km2 
Área sob influência do posto com 50 mm = 30 km2 
Área sob influência do posto com 75 mm = 5 km2 
Área sob influência do posto com 82 mm = 10 km2 
 
Precipitação média na bacia: 
Pm = 120x0,15+70x0,40+50x0,30+75x0,05+82x0,10 = 73 mm. 
 
Se fosse utilizado o método da média aritmética haveria 
apenas dois postos no interior da bacia, com uma média 
de 60 mm. Se fosse calculada uma média incluindo os 
postos que estão fora da bacia chegaríamos a 79,5 mm. 
A chuva média anual é uma das variáveis mais 
importantes na definição do clima de uma 
região, bem como sua variabilidade sazonal. O 
total de chuva precipitado ao longo de um ano 
influencia fortemente a vegetação existente 
numa bacia e as atividades humanas que 
podem ser exercidas na região. 
O clima, entretanto, não é constante, e ocorrem variações 
importantes em torno da média da precipitação anual. 
 
Média = 1433 mm, em um ano chuva de 700 mm e outro chuva de 
2300 mm 
A distribuição de frequência é aproximadamente gaussiana 
(parecida com a distribuição Normal). 
Séries anuais é comum utilizar a distribuição anual. 
68 % dos dados estão entre a média + ou – desvio 
padrão 
Séries anuais é comum utilizar a distribuição anual. 
95 % dos dados estão entre a média + ou – 2 desvio 
padrão 
 O desvio padrão da chuva anual em um posto pluviométrico é de 
298,8 mm e a média de 1433 mm. Estime qual o valor de 
precipitação anual que é igualado ou superado apenas 5 vezes a 
cada 200 anos, em média. 
 
 A faixa de chuva entre a média menos duas vezes o desvio padrão 
e a média mais duas vezes o desvio padrão inclui 95% dos anos em 
média, e 2,5 % dos anos tem precipitação inferior à média menos 
duasvezes o desvio padrão, enquanto 2,5% tem precipitação 
superior à média mais duas vezes o desvio padrão, o que 
corresponde a 5 anos a cada 200, em média. Assim, a chuva anual 
que é superada ou igualada apenas 5 vezes a cada 200 anos é: 
 
 P+2,5% = 1433+2x298,8 = 2030 mm 
 P -2,5% = 1433-2x298,8 = 835,4 mm 
 
As principais características das chuvas são a sua 
intensidade, sua distribuição temporal (duração) e 
espacial, e sua frequência de ocorrência 
O conhecimento dessas características é de fundamental 
importância na análise de diversos problemas na 
engenharia de recursos hídricos, no projeto de obras 
hidráulicas, tais como vertedouros de barragens, sistemas 
de drenagem, galerias de águas pluviais, 
dimensionamento de bueiros, entre outros 
A precipitação tem efeito direto sobre erosão do 
solo, inundação em áreas urbanas e rurais. O 
estudo das precipitações máximas é um dos 
caminhos para conhecer a vazão de enchente de 
uma bacia. 
 Chuva intensa: toda chuva em que a lâmina 
precipitada supere um valor mínimo em 
função do tempo de duração 
 
 A relação entre e intensidade e a distribuição 
espacial da chuva é inversa, isto é, quanto 
maior a área de abrangência menor a 
intensidade 
 A lâmina precipitada ( ou intensidade) de uma 
chuva além de depender da sua duração, 
depende também da frequência de 
ocorrência. 
 Assim é que, para uma mesma duração, 
quanto maior a intensidade da chuva, menor 
será sua frequência, ou, maior será seu 
tempo de retorno. 
 
 O problema da análise de freqüência de chuvas 
máximas é calcular a precipitação P que atinge 
uma área A em uma duração D com uma dada 
probabilidade de ocorrência em um ano 
qualquer. A forma de relacionar quase todas 
estas variáveis é a curva de Intensidade – 
Duração – Freqüência (curva IDF). 
 
 A curva IDF é obtida a partir da análise estatística 
de séries longas de dados de um pluviógrafo 
(mais de 15 anos, pelo menos). 
 O problema da análise de freqüência de chuvas 
máximas é calcular a precipitação P que atinge 
uma área A em uma duração D com uma dada 
probabilidade de ocorrência em um ano 
qualquer. A forma de relacionar quase todas 
estas variáveis é a curva de Intensidade – 
Duração – Freqüência (curva IDF). 
 
 A curva IDF é obtida a partir da análise estatística 
de séries longas de dados de um pluviógrafo 
(mais de 15 anos, pelo menos). 
 
 A Figura apresenta uma curva IDF obtida a partir 
da análise dos dados de um pluviógrafo que 
esteve localizado no Parque da Redenção, em 
Porto Alegre. Cada uma das linhas representa um 
Tempo de Retorno; no eixo horizontal estão as 
durações e no eixo vertical estão as intensidades. 
Observa-se que quanto menor a duração maior a 
intensidade da chuva. Da mesma forma, quanto 
maior o Tempo de Retorno, maior a intensidade 
da chuva. Por exemplo, a chuva de 1 hora de 
duração com tempo de retorno de 20 anos tem 
uma intensidade de 60 mm.hora-1.