Aula 5 Variáveis Hidrológicas

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Profª Dra. Ingrid Cavalcanti Feitosa
Curso: Engenharia Ambiental
Hidrologia e Climatologia 
Variáveis Hidrológicas
INFILTRAÇÃO
INFILTRAÇÃO
Nome dado ao processo pelo qual a água atravessa a 
superfície do solo
É um processo de grande
importância prática, pois afeta
diretamente o escoamento
superficial, que é o componente
do ciclo hidrólogico responsável
pelos processos de erosão e
inundações.
A infiltração depende:
 Da água disponível para infiltrar;
 Da constituição e declividade do solo;
 Da cobertura vegetal;
 Das quantidades de água e ar, inicialmente presentes
no interior do solo (teor de umidade).
INFILTRAÇÃO
Ocorre na 
camada 
superficial do 
terreno, onde as 
partículas de 
água estão 
sujeitas a retornar 
à atmosfera.
Fase de Intercâmbio
INFILTRAÇÃO: Perfil de Umidade do Solo
 Deslocamento vertical da água;
A ação do próprio peso supera a adesão e a capilaridade.
Fase de Descida
INFILTRAÇÃO: Perfil de Umidade do Solo
Até atingir a camada impermeável
INFILTRAÇÃO: Perfil de Umidade do Solo
INFILTRAÇÃO: Perfil de Umidade do Solo
 O solo fica saturado e com isso há a formação dos lençóis
subterrâneos;
 Movimentam-se pela ação da gravidade.
Fase de Circulação
Só que a superfície do lençol não é bem delimitada ----
FRANJA.
INFILTRAÇÃO: Perfil de Umidade do Solo
INFILTRAÇÃO: Zonas 
- Fase de Descida
- Fase de Intercâmbio
- Fase de Circulação
Composição do solo
PARÂMETROS: ÁGUA x SOLO
 Porosidade (η);
 Massa específica do solo (ρ);
 Grau de saturação (S);
 Relação de Vazios ou Índice de Vazios (e);
 Umidade (θ);
Distribuição das
partículas que
constituem o solo
em função do seu
tamanho.
Grandezas Características
Distribuição Granulométrica
Relação entre o volume de vazios (Vv) e o volume 
total (V) do solo.
Grandezas Características
Porosidade do Solo
 Diretamente relacionada com a granulometria e a forma
dos grãos.
Unidades: m/s; m/dia; m³/dia
Porosidade do Solo
Grandezas Características
Porosidade do Solo
Porosidade do Solo
a # está no tamanho dos vazios
Grandezas Características
Capacidade de Infiltração (CI)
 É a quantidade máxima de água que o solo pode
absorver;
 Diminui com o tempo;
 Geralmente expressa em mm/h.
Métodos de Determinação da Capacidade 
de Infiltração
Infiltrômetro de Anel
Onde:
f: é a capacidade de Infiltração instantânea (mm/h) ;
Δh: variação da lâmina d’água (mm);
Δt: intervalo de tempo (h);
Simuladores de Chuva
Métodos de Determinação da Capacidade 
de Infiltração
Coletar a lâmina de escoamento superficial originada pela aplicação de uma
chuva com intensidade superior à CI do solo.
FATORES QUE INTERVÊM NA CAPACIDADE DE 
INFILTRAÇÃO
 Condição da superfície;
 Umidade do solo;
 Tipo de solo;
 Permeabilidade do solo;
 Carga Hidráulica;
 Temperatura do solo;
 Compactação do solo por máquinas e/ou por animais;
 Compactação do solo pela ação da chuva;
 Cobertura vegetal.
*Compactação do solo pela ação da chuva: A energia liberada pelo impacto das 
gotas de chuva caídas em 1 ha de terra, durante 1 ano, equivalem a 50 ton de 
dinamite.
 Velocidade média com que a água atravessa o solo.
Grandezas Características
A taxa de infiltração será correspondente à 
capacidade de infiltração daquele solo.
Velocidade/Taxa de Infiltração
Grandezas Características
Velocidade/Taxa de Infiltração
Grandezas Características
Lei de Darcy
Solos Não -Saturados
Velocidade/Taxa de Infiltração
Grandezas Características
Velocidade/Taxa de Infiltração
Grandezas Características
Depende da Permeabilidade e do Gradiente Hidráulico
Determinada pela Lei de Darcy
Solos Saturados
q = vazão, mm/h;
Ko = coeficiente de permeabilidade, mm/h;
H = potencial da água no solo, mm;
Z = distância entre os pontos considerados, mm.
Velocidade/Taxa de Infiltração
Depende diretamente da:
 Textura;
 Estrutura do solo;
 Teor de umidade na época da chuva;
 Porosidade;
 Existência de camada menos permeável (camada
compactada) ao longo do perfil
Grandezas Características
Velocidade de Infiltração
Mede a maior ou menor facilidade que cada solo, oferece
ao escoamento da água através de seus interstícios.
Grandezas Características
Coeficiente de Permeabilidade (K)
 Diretamente relacionada com a granulometria e a forma
dos grãos.
Grandezas Características
Coeficiente de Permeabilidade (K)
Permeâmetro
Maior índice de vazios (e) → Maior coeficiente de permeabilidade (k) 
A permeabilidade é uma das propriedades do solo
com maior faixa de variação de valores, depende de:
Grandezas Características
Coeficiente de Permeabilidade (K)
o Índice de vazios; 
o Temperatura;
o Estrutura do solo;
o Grau de saturação; 
o Estratificação do terreno. 
Importância
Em obras de Engenharia:
Estimativa da vazão que percolará através do maciço e 
da fundação de barragens de terra;
Obras de drenagem;
Rebaixamento do nível d’água;
Adensamento, etc.
CURIOSIDADE
Exemplo de subsidência. A casa sumiu com o rebaixamento do
solo devido a retirada de água de um poço profundo junto a
mesma.
ESCOAMENTO
SUPERFICIAL 
Escoamento Superficial 
Fase que trata da ocorrência e transporte da água na 
superfície terrestre.
Quando a precipitação já
preencheu as pequenas
depressões do solo, a
capacidade de retenção da
vegetação foi ultrapassada e foi
excedida a taxa de infiltração,
começa a ocorrer o
escoamento superficial.
FATORES QUE INFLUENCIAM O ESCOAMENTO 
SUPERFICIAL
Fatores Climáticos
- Intensidade da chuva
- Duração da chuva
- Chuva antecedente
Fatores Fisiográficos
- Área da bacia
- Permeabilidade do solo
-Topografia
Obras Hidráulicas
- Barragem
- Canalização
- Transposição
FATORES QUE INFLUENCIAM O ESCOAMENTO 
SUPERFICIAL
Razões para se estimar o escoamento:
 Prevenção de enchentes;
 Falta de dados observados na bacia hidrográfica;
 Falha na série histórica;
 Desenvolvimento de pesquisas.
O QUE SE ESTIMA?
 A vazão máxima ou de pico: utilizada nos projetos de obras hidráulicas
tais como:
 Bueiros;
 Galerias pluviais;
 Sarjetas de rodovias;
 Vertedores de barragens.
 A distribuição do escoamento (hidrograma): permite determinar o
volume do escoamento superficial, que é de interesse para a engenharia
para resolver os problemas de armazenamento da água para diversos fins:
 Abastecimento;
 Irrigação;
 Geração de energia;
 Projeto de bacias de detenção
GRANDEZAS CARACTERISTICAS
Vazão (Q) ---- Volume total precipitado por unidade de tempo.
Unidades: m³/s ou L/s.
Vazão específica (q) ---- É a vazão por unidade de área da bacia.
Unidades: m³/(s.km²), L/(s.km²)
q = Q / A
Vazão média diária ---- média aritmética das vazões ocorridas 
durante o dia.
Vazão Média Diária: Linímetro
VAZÃO: Hidrograma
Denominação dada ao gráfico que relaciona a vazão no 
tempo. 
A distribuição da vazão no tempo é resultado da interação de
todos os componentes do ciclo hidrológico entre a ocorrência da
precipitação e a vazão na bacia hidrográfica.
VAZÃO: Hidrograma
Finalidade da medição de vazões
Criar séries históricas ;
 Análise de vazões mínimas: autodepuração de esgotos, etc;
 Análise de vazões médias: dimensionamento de
reservatórios, etc;
 Análise de vazões máximas: dimensionamento de
vertedores, bacias de detenção, etc;
 Operação em tempo real: comportas, controle de cheias,etc.
Tempo de Concentração (tc)
Mede o tempo gasto para que toda a bacia contribua para o 
escoamento superficial na seção considerada.
É o tempo necessário para a água precipitada no ponto mais 
distante na bacia, deslocar-se até a seção principal.
Nível de Água (h)
Refere-se à altura atingida pelo nível d’água em relação 
a um nível de referência.
Elevação normal do curso d’água dentro do seu leito
CHEIA
Elevação não usual do nível, provocando transbordamento 
e possivelmente prejuízos.
INUNDAÇÃO
Métodos de Estimativa 
do Escoamento 
Superficial
Métodos mais usados
 Medição do Nível de Água – Requer postos 
fluviométricos;
 Método do Hidrograma Unitário;
 Método Racional.
Medição do Nível de Água
A estimativa do escoamento superficial por meio da 
medição do nível de água é realizada em postos 
fluviométricos.
Réguas Linimétricas
Linígrafo
De posse das alturas pode-se estimar a vazão em uma determinada 
seção do curso d’água por meio de uma curva-chave. 
Medição do Nível de Água
representação gráfica da
variação da vazão em
relação ao tempo.
Método do Hidrograma
Vazão de Pico
Método do Hidrograma
O coeficiente de escoamento superficial ou deflúvio ou coeficiente de
run off, é definido pela razão do volume total de água escoada
superficialmente por ocasião de uma chuva, VES, pelo volume total de
água precipitada,Vtp:
Coeficiente de Escoamento Superficial (C)
Valores do coeficiente de escoamento (C),
em função do tipo de solo, declividade e cobertura 
vegetal
Método do Hidrograma
Em que:
Pe = precipitação efetiva, em m;
VES = volume escoado superficialmente , em m³; e
ABH = área da bacia hidrográfica, em m².
Precipitação efetiva (Pe)
(parcela da precipitação que dá origem ao escoamento superficial)
EXERCÍCIO
Em uma bacia hidrográfica com 48 km² de área ocorreu
uma precipitação média de 25 mm. Essa precipitação
gerou um hidrograma com escoamento superficial de
768.000 m³. Calcule:
A) A precipitação efetiva
B) O coeficiente de deflúvio
Volume total precipitado
Vtp = Área da Bacia (m²) x precipitação média (m)
A precipitação efetiva :
Pe = Ves/ABH
Pe = 768000 m³/48000000 m² = 0,016m
EXERCÍCIO
Volume total precipitado:
Vtp = ABH (m²) x Pm (precipitação média, m)
Vtp = 48000000 x 0,025
Vtp = 1200000 m³
Coeficiente de Deflúvio
C = Ves/Vtp (total precipitado)
C = 768000/1200000 = 0,64
EXEMPLO
A região da bacia hidrográfica do rio Capivara
possui 83 km², uma declividade de 8% e solo
argiloso, sendo composta em sua grande maioria
por áreas de pastagens. Após uma precipitação
média de 240 mm, calcule a precipitação efetiva
e o volume do escoamento superficial.
Método Racional
A estimativa da vazão do escoamento produzido pelas chuvas em 
determinada área.
É fundamental para o dimensionamento dos canais coletores,
interceptores ou drenos;
Seu uso é limitado a pequenas áreas 5 Km²;
Tempo de Concentração (Tc) < 1 hora
Utilizado quando se tem muitos dados de chuva e poucos dados 
de vazão.
Método de Schuler
 Coeficiente de Escoamento Superficial/Run Off/Deflúvio
C= 0,05+ 0,009 x AI
Método Racional
C= coeficiente de run off;
AI= Área impermeável (%).
Deve-se ter o cuidado em adotar a area impermeavel AI (%). Quando em
uma área no pré-desenvolvimento temos somente terra temos que pensar
que há o pisoteio de animais, uma estrada de terra, uma pequena casa,
enfim pode-se adotar cerca de 10% de área impermeável.
Método Racional
Onde:
- C é o coeficiente de deflúvio (adimensional);
- Qmáx é a vazão superficial máxima(m3/h);
- i é a intensidade de chuva (m/h) referente ao tempo tc;
- A é a área da bacia (m2).
Método Racional
Dada área da bacia A= 5ha, com área impermeavel de
60% no pós-desenvolvimento e intensidade da chuva I=
200mm/h. Calcular a vazão de pico (Q) no pré-
desenvolvimento e pós-desenvolvimento.
Exemplo:
C= 0,05+ 0,009 x AI
Para o pré-desenvolvimento
Adotamos AI= 10%
C= 0,05+ 0,009 x AI
C= 0,05+ 0,009 x 10= 0,14
Método Racional
Q pré= C . I . A /360 = 0,14 x 0,2m/h x 
50000/360= 3,888 m³/h
Para o pós-desenvolvimento
AI=60%
C= 0,05+ 0,009 x AI
C= 0,05+ 0,009 x 60= 0,59
Método Racional
Q pós= C . I . A /360 = 0,59 x 0,2m/h x 
50000/360= 16,388 m³/h