Hidrologia Esc.superficial

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ESCOAMENTO 
SUPERFICIAL
Prof. Heloisa Pimpão Chaves
Universidade Federal do Acre
Engenharia Civil
HIDROLOGIA APLICADA
1
Fonte: http://www.mma.gov.br/agua/recursos-hidricos/aguas-subterraneas/ciclo-hidrologico
Escoamento superficial
• O escoamento superficial é o segmento do ciclo hidrológico caracterizado
pelo deslocamento da água na superfície da terra e nos cursos d’água
naturais.
• Tem origem, fundamentalmente, nas precipitações e constitui, para o
engenheiro, a mais importante das fases do ciclo hidrológico, uma vez
que a maioria dos estudos está ligada ao aproveitamento da água
superficial e à proteção contra os fenômenos provocados pelo seu
deslocamento.
Escoamento superficial – Drenagem Urbana
Fonte: G1
Escoamento superficial - Erosão
https://www.campograndenews.com.br/cidades/capital/erosao-avanca-sobre-rua-e-
pode-desabrigar-150-familias-em-bairro
http://preeepara.blogspot.com.br/
Escoamento superficial - Assoreamento
http://professoralucianekawa.blogspot.com.br/2013/02/assoreamento-dos-rios-
por-erosao-dos.html
http://patos1.com.br/noticias/?n=Z2Q1iBEvLd
http://www.aquafluxus.com.br
Escoamento superficial - Deslizamentos
http://meioambiente.culturamix.com/desastres-naturais/deslizamentos-de-encostas
Fonte: http://geoconceicao.blogspot.com.br
NASCENTE
FUNDO DE 
VALE
RIO PRINCIPAL
AFLUENTE
DIVISOR DE ÁGUAS
FOZ
Escoamento superficial – Rios
Escoamento superficial – Rios
Medição de vazão
Molinete hidrométrico Flutuador
https://www.youtube.com/watch?v=Kv26TRpgUpI
Fatores que influenciam no 
escoamento superficial 
a) fatores climáticos
b) fatores fisiográficos
c) outros
Fatores que influenciam no 
escoamento superficial 
a) fatores climáticos • a intensidade da precipitação: maior
intensidade => atingir rápido a capacidade
de infiltração => maior excesso;
• a duração da precipitação: maior duração
Intensidade constante => maior
escoamento;
• precipitação antecedente: solo úmido
devido a chuva anterior.
Fatores que influenciam no 
escoamento superficial 
b) fatores fisiográficos
• Área: maior ou menor quantidade de água captada;
• Forma: é importante devido ao tempo de
concentração; Bacias compactas tendem a concentrar
o escoamento no canal principal que drena a bacia,
aumentando os riscos de inundação
• Permeabilidade e a capacidade de infiltração: quanto
mais permeável for o solo, maior será a velocidade do
escoamento da água subterrânea e, em consequência,
maior a quantidade de água que ele poderá absorver
pela superfície por unidade de tempo.
• Topografia da bacia: a velocidade do escoamento
superficial é determinada pela declividade do terreno.
Fatores que influenciam no 
escoamento superficial 
c) outros • obras hidráulicas: tal como uma barragem
que reduz as vazões máximas do
escoamento superficial e retarda a sua
propagação => contenção de enchentes;
• retificação de um rio: pode-se retificar um rio
e aumentar a velocidade do escoamento
superficial.
Usina Hidrelétrica de Manso - MT
http://wikimapia.org/14359051/pt/Usina-Hidrel%C3%A9trica-de-
Manso
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Vazão (Q)
Coeficiente de Escoamento Superficial (C)
Tempo de concentração (tc)
Período de retorno (T)
Precipitação Efetiva (Pef)
Nível d’água (h)
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Vazão, descarga volumétrica ou descarga superficial (Q)
• Volume escoado por unidade de tempo
• Expressa em metros cúbicos por segundo (m3/s) ou em litros
por segundo (L/s).
• É comum ter-se como dados que caracterizam uma bacia
hidrográfica as vazões máximas, médias e mínimas do curso
d’água principal.
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Vazão, descarga volumétrica ou descarga superficial (Q)
Ainda, como elemento comparativo entre bacias é costume referir-se à
vazão por unidade de área da bacia, chamada de vazão específica:
𝑞 =
𝑄
𝐴
Para esta grandeza,
as unidades usuais são m³/(s.km²),
m³/(s.ha), l/(s.km²) ou l/(s.ha).
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Coeficiente de Escoamento Superficial (C)
O coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de deflúvio, ou ainda
coeficiente de “run off”, é definido como a razão entre o volume de água
escoado superficialmente e o volume de água precipitado.
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Coeficiente de Escoamento Superficial (C)
• Coeficiente de deflúvio (determinada chuva intensa) de uma certa duração
=> pode-se determinar o escoamento superficial de outras precipitações
intensas diferentes, desde que a duração seja a mesma.
• Depende do grau de permeabilidade da área contribuinte e do tipo de
superfície receptora.
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Coeficiente de Escoamento Superficial (C)
Valores usuais de C, segundo Kuichling
Natureza da bacia C
Telhados 0,70 – 0,95
Superfícies asfaltadas 0,85 – 0,90
Superfícies pavimentadas e paralelepípedos 0,75 – 0,85
Estradas não pavimentadas 0,15 – 0,30
Terrenos descampados 0,10 – 0,30
Parques, jardins, campinas 0,05 – 0,20
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Tempo de Concentração (tc)
Tem relação com:
➢ Área da bacia (comprimento da bacia e rio principal) 
➢ Forma da bacia
➢ Declividade da bacia
➢ Alterações antrópicas (Engenharia Civil)
Cobertura vegetal
➢ Florestas: maior interceptação; maior profundidade de raízes.
➢ Maior interceptação: maior tempo de concentração (escoamento demora
mais a ocorrer).
➢ Maior profundidade de raízes: água consumida pela evapotranspiração
pode ser retirada de maiores profundidades do solo
Tempo de concentração
Uso do solo
➢ Substituição de floresta por pastagem/lavoura
➢ Urbanização: telhados, ruas, passeios, estacionamentos e até pátios de 
casas
➢ Modificação dos caminhos da água
➢ Aumento da velocidade do escoamento (leito natural rugoso x leito
artificial com revestimento liso)
➢ Encurtamento das distâncias até a rede de drenagem (exemplo: 
telhado com calha)
Tempo de concentração
Uso do solo
Agricultura: compactação do solo
➢Redução da quantidade de matéria orgânica no solo
➢Porosidade diminui
➢Capacidade de infiltração diminui
➢Raízes mais superficiais: Consumo de água das plantas
diminui
Tempo de concentração
Tipos de solos
➢ Solos arenosos: menor escoamento superficial (fácil infiltração)
➢ Solos argilosos: maior escoamento superficial (dificuldade de infiltração)
➢ Solos rasos: maior escoamento superficial (rápida saturação)
➢ Solos profundos: menor escoamento superficial
Tempo de concentração
• Maneira mais adequada de determinação do tc: a partir de dados
observados de precipitação e vazão.
• São raras as bacias hidrográficas que dispõem desse tipo de
informação.
• Formulações empíricas para a determinação do tempo de
concentração.
• Desenvolvidas para bacias hidrográficas com determinadas
características e em condições específicas.
• Deve-se, portanto, observar as condições para as quais as formulações
foram desenvolvidas, e identificar a mais adequada para a bacia
hidrográfica em questão.
Tempo de concentração
Tempo de concentração
• Fórmula de Picking
• Fórmula de Califórnia Highways and Public Works (Culverts
Pratice)
𝑡𝑐 = 5,3
𝐿2
𝐼
1/3
𝑡𝑐 = 57
𝐿3
𝐻
0,385
tc : em minutos
L: extensão do talvegue em quilômetros
I: declividade média do talvegue em m/m
tc: : em minutos
L: extensão do talvegue em quilômetros
H: diferença de cotas entre as seções de 
drenagem e o ponto mais alto do talvegue
A partir dos dadosa seguir, calcule o tempo de concentração utilizando as 
fórmulas de Picking e Califórnia Highways and Public Works:
- Comprimento do talvegue: 15 km;
- Altitude média: 1133 m;
- Altitude da seção de controle: 809 m;
- Declividade média da bacia: 0,022 m/m;
- Elevação máxima: 1480 m.
Exemplo de aplicação
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Período de Retorno / Recorrência (T)
Tempo de recorrência ou período de retorno é o período de tempo médio em
que um determinado evento (neste caso, vazão) é igualado ou superado pelo
menos uma vez.
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Precipitação Efetiva
A precipitação efetiva ou excedente, Pef, é a medida da altura da parcela da chuva
caída que provoca o escoamento superficial.
É normalmente referida a um determinado intervalo de tempo de duração da chuva
(ou à duração da chuva total, em eventos complexos).
Para eventos simples, a precipitação efetiva pode ser calculada em termos da
altura definida pela razão do volume de água escoado superficialmente, Vols, pela
área da projeção horizontal da superfície coletora:
𝑃𝑒𝑓 =
𝑉𝑜𝑙𝑠
𝐴
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Nível d’água (h)
• Refere-se à altura atingida pela água na seção transversal do escoamento natural.
É estabelecido sempre em relação a uma determinada referência. Pode ser um
valor instantâneo ou corresponder à média tomada em determinado intervalo de
tempo.
• Em seções especiais de cursos d’água naturais, o nível d’água, normalmente
medido por meio de uma régua, é correlacionado à vazão do escoamento.
• Essas seções são ditas “seções de controle” e a curva que graficamente relaciona
a leitura da régua (nível d’água) com a vazão é conhecida como “curva-chave”.
Grandezas características e alguns 
conceitos fundamentais 
Nível d’água (h)
Fonte: Heller, 2010
Fonte: CPRM, 2015
Estações fluviométricas
Fonte: http://mapio.net/pic/p-92587849/
Réguas linimétricas Linígrafos
http://www.snirh.gov.br/hidroweb/
Sistema de Informações Hidrológicas
Construção da curva-chave
Fonte: CPRM, 2015
Curva-chave
Fonte: http://aguaesolo.com/Servicos/Hidrometria
Conceitos importantes
• Cheia (ou enchente): é o aumento temporário do nível de água no canal de
drenagem (rio) devido ao aumento da vazão, atingindo a cota máxima do canal
(sem transbordamento)
• Inundação: transbordamento das águas de um canal de drenagem, atingindo as
áreas marginais (planície de inundação ou área de várzea)
• Alagamento: acúmulo de água nas ruas e nos perímetros urbanos em função de
problemas de drenagem
ALAGAÇÃO: Inundação 
periódica dos rios e de suas 
terras marginais.
Rio Acre
Rio Madeira
2015
2014
Fonte: G1
2017
Rio Juruá
Fonte: G1
• Subsuperficial
• Superficial
• Subterrâneo
Tipos de escoamento bacia
Tipos de escoamento em uma bacia 
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
• Chuva
• Infiltração
• Escoamento superficial
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Camada saturada
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
• Chuva
• Infiltração
• Escoamento superficial
• Escoamento subterrâneo
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
• Escoamento subsuperficial
Camada saturada
• Depois da chuva: Escoamento subsuperficial e
escoamento subterrâneo
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo
Camada saturada
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Camada saturada
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo
Camada saturada
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo
• Estiagem muito longa = rio seco
Rios intermitentes
Camada saturada
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrógrafa ou hidrograma
• Denomina-se hidrógrafa, ou hidrograma, à representação gráfica
da vazão observada numa seção de um curso d’água em relação ao
tempo de passagem da água pela seção.
• A hidrógrafa pode, ainda, se referir à representação das vazões
médias diárias de um determinado ano hidrológico, situação em que
é também conhecida como fluviograma.
• Curva da vazão versus tempo observada durante o período de
cheia, por ser esta forma do hidrograma de maior importância nos
estudos de obras hidráulicas relacionadas com as enchentes e, em
particular, no dimensionamento de canais, reservatórios, vertedores
e bueiros.
Hidrógrafa ou hidrograma
Hidrógrafa ou hidrograma
Hidrograma 1
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 2
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 3
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 4
Hidrograma 5
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 6
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 7
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 8
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 9
Hidrograma 10
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 11
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 12
Hidrograma 13
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 14
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 15
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Hidrograma 16
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Superficial
e
Escoamento subterrâneo
Subsuperficial
Formação do Hidrograma
1 – Início do escoamento superficial
2 – Ascensão do hidrograma
3 – Pico do hidrograma
4 – Recessão do hidrograma
5 – Fim do escoamento superficial
6 – Recessão do escoamento subterrâneo
1
2
5
3
4
6
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Superficial
e recessão
pico
Escoamento subterrâneo
Subsuperficial
Formação do Hidrograma
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
Análise de Hidrogramas
72
Análise de Hidrogramas
• No ietograma ou hietograma
(diagrama da precipitação) o
volume correspondente à
capacidade de infiltração
descerá para o interior do
solo.
• O volume que não se infiltrou
nem evaporou é a
precipitação efetiva.
73
• Parte se infiltra no solo suprindo
sua deficiência de umidade, esta
parte corresponde ao intervalo de
tempo to a tA
Análise de Hidrogramas
74
• Uma vez excedida a capacidade
de infiltração, inicia-se o
escoamento superficial direto,
ponto A no hidrograma.
• A vazão, então, aumenta até
atingir um máximo, ponto B,
quando toda a bacia estiver
contribuindo para o escoamento.
• A duração da chuva é menor ou
igual ao intervalo de tempo to a tB
Análise de Hidrogramas
75
• Terminada a chuva, o escoamento
superficial prossegue durante certo
tempo e a curva de vazão diminui.
• Ao trecho BC do diagrama
denomina-se curva de depleção do
escoamento superficial, tempo tB a
tC .
Análise de Hidrogramas
76
• Além do escoamento superficial
direto, o curso de água recebe uma
contribuição do lençol subterrâneo, o
qual tem uma variação devida às
partes da chuva que se infiltra.
• A linha que representa a contribuição
da água do lençol subterrâneo ao
curso de água é a linha AEC.
Análise de Hidrogramas
77
• A curva CD é chamada de curva de
depleção da água do solo.
• O ponto A é facilmente determinado,
pois corresponde a uma mudança
brusca na inclinação da curva de
vazão, representando o inicio do
escoamento superficial.
• O ponto B é o pico do hidrograma.
Análise de Hidrogramas
78
• O ponto C, de mais difícil
determinação, normalmente é tomado
no ponto de máxima curvatura, sendo
que o período de tempo entre o ponto
B (pico do hidrograma) e o ponto C, é
sempre igual a um número inteiro de
dias.
• É quando cessa a contribuição do
escoamento superficial e a calha do
rio passa a ser alimentadaexclusivamente pela contribuição do
escoamento subterrâneo.
Análise de Hidrogramas
Camada saturada
Fonte: Fragoso Jr e Neves, 2011 
• Estiagem: apenas escoamento subterrâneo
Fatores que influenciam a forma do hidrograma
Relevo Cobertura da Bacia Hidrográfica 
Fatores que influenciam a forma do hidrograma
Modificações Artificiais no Rio Distribuição, duração e intensidade da precipitação 
Medição do escoamento superficial
Medição de vazão Hidrometria
• Estimar o volume de água para o abastecimento de população, para
irrigação, para reservatório de hidrelétrica etc;
• Estimar a vazão mínima e máxima que pode ocorrer sem prejuízo
ecológico;
• Determinar o balanço hídrico de uma bacia;
• Obter informações da disponibilidade hídrica de uma bacia.
Importância de estudos hidrológicos e medição de 
vazão
 Planejamento de obras de engenharia;
 Previsão e acompanhamento de enchentes;
 Zoneamento de áreas inundáveis;
 Estudos de Impactos Ambientais /Relatórios de Impactos Ambientais -
EIA/RIMA
A seção de medição de vazão líquida deve ser instalada:
• Num trecho retilíneo do rio;
• Com margens firmes e bem definidas;
• Águas mais tranquilas;
• Fácil acesso;
• Leito regular e estável;
• A instalação das réguas linimétricas deve ser a uma distância de margem
que permita boa visibilidade;
• Local fixo;
Escolha dos locais para instalação de seção de 
medição
A escolha do método depende:
• Do volume do fluxo de água;
• Das condições locais;
• Do custo (existem equipamentos caros e outros simples e 
baratos);
• Da precisão desejada.
Métodos de medição de vazão
Volumétrico
Métodos de medição de vazão
• Este método é baseado no conceito volumétrico
de vazão, isto é, vazão é o volume que passa por
uma determinada seção de controle por unidade
de tempo.
• Utiliza-se um dispositivo para concentrar todo o
fluxo em um recipiente de volume conhecido.
Mede-se o tempo de preenchimento total do
recipiente.
• Este processo é limitado a pequenas vazões, em
geral pequenas fontes d’água, minas e canais de
irrigação.
Químico
Métodos de medição de vazão
• Diluição de um produto químico (ex: corante) de
concentração conhecida aplicado continuamente
numa determinada seção do rio.
• Numa seção a jusante (o escoamento deve ser
suficientemente turbulento para provocar a total
diluição), mede-se a concentração deste produto.
• A vazão pode então ser assim determinada:
Calha Parshall
Métodos de medição de vazão
• São estruturas que possuem sua própria
“curva-chave”.
• Mudança no regime de escoamento: fluvial para
torrencial.
• Com o conhecimento do nível da água na
região da profundidade crítica determina-se a
vazão do canal, uma vez que a forma da seção
da calha e a cota de fundo são conhecidas:
Vertedores
Triangular
Retangular
Composto
Métodos de medição de vazão
Flutuadores
cordas
esticadas
Métodos de medição de vazão
A vau
Com teleférico
Com barco 
Tipos de medição de vazão utilizando o molinete
Método convencional – molinete hidrométrico
Sobre ponte
• Consiste em determinar a área da seção e a velocidade média do fluxo que passa nesta
seção.
• A área é determinada através da medição da largura do rio com auxílio de um cabo de
aço graduado em metro, instalado em ambas as margens e da profundidade em um
número significativo de pontos ao longo da seção, denominados de verticais.
Método Convencional
Cabo de aço graduado ou 
trena
• Molinetes: são aparelhos dotados basicamente de uma hélice e um
“conta-giros”, medindo a velocidade do fluxo d’água que passa por
ele.
• Assim, quando posicionado em diversos pontos da seção do rio
determinam o perfil de velocidades desta seção.
Contador de rotações (pulsos) com cronômetro digital
Molinete hidrométrico
• A relação entre o número de rotação do por segundo e a velocidade de
escoamento é calculada através de uma equação, que vem acompanhada
do aparelho:
• Onde:
V = Velocidade da água em m/s;
N = Número de rotação por segundo;
A, B = Constantes que individualizam cada aparelho;
BANV 
Molinete hidrométrico
• A medição da velocidade é feita em pontos em diferentes profundidades
para que seja efetuado o cálculo da velocidade média na vertical.
–Método detalhado:
–Método simplificado: ou método dos dois pontos, que utiliza um ponto a
0,6p para p <0,60m e dois pontos a 0,2p e 0,8p para p>0,60m.
• A distância entre verticais depende da largura do rio e da regularidade do 
escoamento
• Em posse das medidas de profundidade e velocidade será calculada a 
vazão.
No método da seção média as vazões parciais são calculadas para cada
subseção entre verticais, a partir da largura, da média das profundidades e da
média das velocidades entre as verticais.
Cálculo das velocidades 
médias nas verticais
2
21
1
vv
va


Cálculo das áreas dos segmentos





 

2
)( 12121
pp
dda
Cálculo das vazões 
nos segmentos
111 avq aa 
Cálculo da vazão
Cálculo da vazão total
Cálculo da área total
Cálculo da largura do rio
Cálculo da profundidade do rio
Cálculo da velocidade média
iqQ 
iaA 
A
Q
V 
1ddL n 
L
A
P 
Exemplo de aplicação
Rio Mutuca – Chapada dos Guimarães/MT
Com a folha de medição fornecida, calcular a vazão do rio Mutuca sabendo
que cada contagem de rotações do molinete foi feita em 30 segundos. A
curva de calibração do aparelho segue abaixo:
Exemplo de aplicação
se N > 0,3637 V = 0,27987763 x N + 0,00464399
se N < 0,3637 V = 0,29309351 x N + 0,00016266
0046,02799,0  nV
• Vazão: 1,27 m³/s
• Área da seção transversal: 5,94 m²
• Velocidade média: 0,21 m/s
• Largura da seção transversal: 15 m
• Profundidade média da seção transversal: 0,40 m
Resultados
Referências
• AZEVEDO NETTO, J. M. Manual de hidráulica. 8ª. ed. São Paulo. Ed. Edgard Blucher, 2003.
• BARBOSA JÚNIOR, A. R. Elementos de hidrologia aplicada. Capítulo 6: Escoamento superficial.
Universidade Federal de Ouro Preto, 2016.
• CARVALHO, D. F; MELLO, J. L.P e SILVA,L.D.B. Irrigação e Drenagem. IT 115-2007.
• COLISCHON, W. & TASSI, R. Introduzindo a Hidrologia. IPH, UFRGS, 2008.
• CPRM-Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais. Serviço Geológico do Brasil. Monitoramento da
estiagem na bacia do Rio Doce. 2015, disponível em https://pt.slideshare.net/cbhdoce/apresentao-cprm-23-
reunio-extraordinria-cbh-doce-estiagem-bacia-do-rio-doce
• FRAGOSO JR, C. R., NEVES, M. G. F. P. Hidrologia – Aula Escoamento. Centro de Tecnologia (Ctec) –
Universidade Federal de Alagoas, 2011
• FREIRE, C. C. & OMENA, S. P. F. Princípios de Hidrologia Ambiental. Curso de Especialização em Gestão
de Recursos Hídricos. UFSC/UFAL, 2005.
• PORTO, R. L. L. ET AL. Escoamento superficial. Apostila. Escola Politécnica da USP. Departamento de
Engenharia Hidráulica e Sanitária. São Paulo 1999.
• SANTOS, I. Hidrometria Aplicada. Curitiba: Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento, 2001.
• VILLELA, S. M. & MATTOS, A. Hidrologia aplicada. São Paulo, Editora McGraw-Hill do Brasil, 1975.