Aula 8 Hidrologia Aplicada Escoamento Superficial cont slider 30

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Disciplina: Hidrologia Aplicada
Aula 8 – Escoamento Superficial
Profa Deborah Mithya Barros Alexandre
ESCOAMENTO SUPERFICIAL:
O escoamento superficial é o segmento do ciclo hidrológico que estuda o deslocamento da água na superfície da terra. 
ESCOAMENTO SUPERFICIAL:
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 (erosão do solo, inundação etc.).
FATORES QUE INFLUENCIAM O ESCOAMENTO SUPERFICIAL:
Fatores Climáticos
- intensidade da chuva
- duração da chuva
- chuva antecedente
Fatores Fisiográficos
- área da bacia
- forma da bacia
- permeabilidade do solo
- topografia
Obras Hidráulicas
- Barragem
- canalização ou retificação
- derivação ou transposição
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Vazão (Q): A vazão (deflúvio) é o volume de água escoado na unidade de tempo, principal grandeza que caracteriza um escoamento.
 
As unidades normalmente adotadas são o m3/s ou o L/s.
Lembrando que: 1 m3/s = 1000L/s
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
É comum também exprimir o escoamento ou deflúvio superficial em termos de uma altura de lâmina d’água escoada, dada pela razão do volume escoado no tempo Dt pela área da projeção horizontal da superfície considerada: 
 
também chamada precipitação efetiva.
Esta altura de lâmina d’água escoada é normalmente medida em mm.
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Coeficiente de Escoamento Superficial (C): O coeficiente de escoamento ou deflúvio superficial, ou coeficiente de run off, é definido pela razão do volume de água escoado superficialmente por ocasião de uma chuva, Vols, pelo volume de água precipitada, VolT:
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Este coeficiente pode ser relativo a uma chuva isolada ou a um intervalo de tempo no qual várias chuvas ocorreram. 
É um conceito usado na previsão da vazão de enchente, provocada por uma chuva intensa. 
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Precipitação Efetiva (Pef ou ief): A precipitação efetiva (ou precipitação excedente) é a medida da altura, Pef, ou intensidade, ief, da parcela da chuva caída que provoca o escoamento superficial. 
É normalmente referida a um determinado intervalo de duração de uma chuva (ou à duração da chuva total, em eventos complexos).
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Precipitação Efetiva (Pef ou ief): 
Determinação da Precipitação Efetiva:
 - Método do Soil Conservation Service (SCS):
 
 
onde:
PE = excesso de chuva (mm)
P = precipitação (mm)
N = número de deflúvio que define o complexo hidrológico solo vegetação (tabela)
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Tempo de concentração (tc): O tempo de concentração relativo a uma seção de um curso d’água é o intervalo de tempo, contado a partir do início da precipitação, necessário para que toda a bacia hidrográfica correspondente passe a contribuir com a vazão na seção em estudo. 
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Corresponde à duração da trajetória da partícula de água que demore mais tempo para atingir a seção.
Equação de Kirpich:
onde tc é obtido em minutos, para
L = comprimento do rio, em km, e
S = declividade do curso d’água principal, em m/km
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Frequência e Tempo de Recorrência: Para um dado intervalo de tempo de observação das vazões em uma seção de um curso d’água, a frequência de uma vazão Q0 é o número de ocorrências da mesma neste intervalo. 
Na análise do escoamento provocado por chuvas intensas, a frequência, mais propriamente, representa o número de vezes que a vazão de magnitude Q0 foi igualada ou superada no intervalo de tempo considerado.
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Nas aplicações práticas a frequência é, em geral, expressa em termos do tempo de recorrência, T, ou período de retorno. Este, então, corresponde ao tempo médio, em anos, em que um evento de magnitude Q0 é igualado ou superado pelo menos uma vez. 
k é o risco assumido para a obra a ser projetada e n a vida útil da obra e n período, em anos
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Nível de Água, Cheia e Inundação: É a altura atingida pela água na seção em estudo, em relação a uma determinada referência. Pode ser um valor instantâneo ou corresponder a uma média em um determinado intervalo de tempo. 
GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS:
Em seções especiais de cursos d’água, o nível d’água, normalmente medido por uma régua, pode ser relacionado à própria vazão do escoamento – estas seções são ditas “seções de controle” e a curva que graficamente relaciona a leitura da régua com a vazão é conhecida como “curva-chave”.
HIDRÓGRAFA ou HIDROGRAMA:
A contribuição total para o escoamento registrado na seção considerada é devido:
i) à precipitação recolhida diretamente pela superfície livre da água;
ii) ao escoamento superficial dito direto (incluindo o subsuperficial); e
iii) ao escoamento básico (contribuição do lençol d’água subterrâneo).
HIDRÓGRAFA ou HIDROGRAMA - Componentes:
HIDRÓGRAFA ou HIDROGRAMA - Separação:
O hidrograma de uma onda de cheia é formado pela superposição de dois tipos distintos de afluxos: um proveniente do escoamento superficial (+ subsuperficial + precipitação direta) e outro, da contribuição do lençol subterrâneo.
Esses dois componentes possuem propriedades sensivelmente diversas, notando-se que, enquanto as águas superficiais, pela sua maior velocidade de escoamento, preponderam na formação de enchentes, a contribuição subterrânea pouco se altera.
HIDRÓGRAFA ou HIDROGRAMA - Separação:
Essa distinção de comportamento torna conveniente o estudo separado da porção referente ao escoamento superficial, que melhor define o fenômeno das cheias.
Embora a linha AEC seja mais correta para separar os escoamentos, é de difícil determinação e como já referido para fins práticos toma-se a reta AC. 
HIDRÓGRAFA ou HIDROGRAMA - Separação:
O ponto A corresponde ao início do escoamento, com a mudança brusca na inclinação da curva de vazão. O ponto C, de mais difícil determinação, normalmente é tomado no ponto de máxima curvatura, sendo o período de tempo entre o ponto B e C, tomado como um número inteiro de dias.
A determinação do total escoado superficialmente é feita por planimetria da área hachurada ABCA.
HIDRÓGRAFA ou HIDROGRAMA:
 
Fatores que influenciam a forma do Hidrograma:
 - Relevo e Forma da bacia: A influência do relevo se faz sentir, por exemplo, através da drenagem e da declividade da bacia. Em uma bacia com boa drenagem e grande declividade o hidrograma é íngreme e apresenta pouco escoamento de base (característica típica de cabeceiras de bacias).
 
Fatores que influenciam a forma do Hidrograma:
 - Cobertura Vegetal da bacia: A influência da cobertura vegetal sobre a forma do hidrograma se faz sentir por diferentes razões. A cobertura vegetal tende a retardar o escoamento superficial, facilitar a infiltração e aumentar as perdas por evapotranspiração. 
 
Fatores que influenciam a forma do Hidrograma:
 
 Em bacias urbanas, onde a cobertura é alterada (tornam-se mais impermeáveis) e a rede de drenagem é mais eficiente, são aumentados a ocorrência do escoamento superficial, bem como o volume do escoamento e a vazão de pico.
 
Fatores que influenciam a forma do Hidrograma:
 - Cobertura Vegetal da bacia:
 
Fatores que influenciam a forma do Hidrograma:
 - Modificações Artificiais no rio: Visando o uso mais racional da água, o homem produz modificações no rio. Um reservatório construído para a regularização da vazão tende a reduzir o pico e a distribuir o volume, enquanto a canalização do rio tende a aumentar o pico de vazão.
 
Fatores que influenciam a forma do Hidrograma:
 - Distribuição, Duração e Intensidade da Chuva: A distribuição da precipitação não é uniforme sobre toda a bacia. 
 Quando a precipitação se concentra
na parte inferior da bacia e tem seu “epicentro” deslocando-se para montante, o hidrograma pode ter até dois picos. 
 
Fatores que influenciam a forma do Hidrograma:
 Para uma precipitação de intensidade constante e duração suficientemente grande (para que sejam superados a capacidade de armazenamento do solo e o tempo de concentração da bacia), o valor da vazão de pico é estabilizado. Após o término da precipitação, o hidrograma entra em recessão.
 
Fatores que influenciam a forma do Hidrograma:
 - Solo: O tipo, a natureza e o nível de umidade do solo têm influência na forma do hidrograma.
 Quando forem baixos a umidade da camada superior do solo e o nível do lençol freático, parte da precipitação poderá ser retida, tornando o escoamento superficial (e, portanto, o hidrograma) reduzido.
 
Medição de vazões:
Medidas sistemáticas de vazões são possíveis através da instalação de estações hidrométricas.
Uma estação hidrométrica é uma seção do rio, com dispositivos de medição do nível da água (réguas linimétricas ou linígrafas, devidamente referidos a uma cota conhecida e materializada no terreno), facilidades para medição de vazão (botes, pontes) e estruturas artificiais de controle (se for o caso).
 
Medição de vazões:
 
A finalidade do linímetro e régua linimétrica é medir a altura do rio. 
Para cada altura do nível d’água é medida a vazão correspondente, sendo possível desta maneira a construção de uma curva de correlação altura-vazão
Como medir vazões:
 
Processos diretos:
 Consiste na medição direta em recipiente de volume conhecido. Mede-se o tempo, obtendo-se:
​​
http://www.youtube.com/watch?v=ZNV8ZpE1fsI 
Como medir vazões:
 
Processos indiretos:
 Vertedores: A vazão de rios pode ser medida através de um vertedor, que é uma obstrução que faz com que a água retorne e escoe sobre a mesma. Determina-se a vazão medindo-se a altura da superfície de água a montante e aplicando-a na fórmula do vertedor utilizado.
Vertedor retangular
Vertedor triangular
Q = vazão
L = largura do vertedor
H = altura da lâmina líquida acima do vertedor
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Como medir vazões:
 
Processos indiretos:
 Molinetes: A construção de um vertedor para medir vazão em grandes rios não é praticável. Nestes casos pode-se medir a vazão do rio através da determinação da velocidade da água.
Os molinetes são aparelhos constituídos de palhetas ou conchas móveis, as quais impulsionadas pelo líquido, dão um número de rotações proporcional a velocidade da corrente.
Como medir vazões:
 
O princípio do método é o seguinte:
1. Divide-se a seção do rio em um certo número de posições para levantamento do perfil de velocidade
2. Levanta-se o perfil de velocidades
3. Acha-se a velocidade média de cada perfil
4. A vazão será a somatória do produto de cada velocidade média por sua área de influência
Relações chuva-deflúvio:
 
- Método Racional: Envolve simplificações e coeficientes de aceitação discutível, não se levando em conta, por exemplo, a natureza real e complexa como se processa o deflúvio.
A vazão (Q) corresponde a uma chuva de intensidade (i) sobre toda a área da bacia (A)
Caso i seja dado em mm/h, A em m2 e se deseje Q em m3/s.
O C é tabelado.
Relações chuva-deflúvio:
 
Relações chuva-deflúvio:
 
Exercício 1:
 
Exercício 2: