HIDROLOGIA Aula 03 Balanço hídrico e Precipitação

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HIDROLOGIA APLICADA
Professora Denise Thölken
Aula 03 - Balanço hídrico e Precipitação
DEFINIÇÃO: é a quantidade de entrada e saída de água em um
sistema. Este sistema pode ser macro, intermediário ou local.
Sistema macro: o próprio ciclo hidrológico;
Sistema intermediário: uma bacia hidrográfica;
Sistema local: uma cultura.
BALANÇO HÍDRICO
Entrada de Água Saída de Água
P = Chuva E = Evaporação
O = Orvalho ET = Evapotranspiração
Ri = Escoamento superficial Ro = Escoamento superficial
DLi = Escoamento infiltrado DL = Escoamento infiltrado
AC = Ascensão capilar DP = Drenagem Profunda
Considerando as variáveis e equacionando as entradas e saídas do
sistema temos que a variação de armazenamento (ΔARM) de água no
solo é dada por:
ΔARM=P+O+Rt+Dli+AC-E-ET-Ro-DLo-DP
BALANÇO HÍDRICO
Entrada de Água Saída de Água
P = Chuva E = Evaporação
O = Orvalho ET = Evapotranspiração
Ri = Escoamento superficial Ro = Escoamento superficial
DLi = Escoamento infiltrado DL = Escoamento infiltrado
AC = Ascensão capilar DP = Drenagem Profunda
ΔARM=P+O+Rt+Dli+AC-E-ET-Ro-DLo-DP
A chuva é a principal entrada em um sistema, o orvalho é significativo 
em regiões muito áridas, as entradas por ascensão capilar também são 
pequenas e desprezíveis, elas ocorrem em locais com lençol freático 
superficial e em períodos muito secos.
Os fluxos horizontais de escoamento para áreas homogêneas se 
compensa e por isso estes se anulam.
A ET é a saída significativa de água do sistema para períodos secos.
A DP é a saída significativa de água do sistema para períodos chuvosos.
BALANÇO HÍDRICO
Entrada de Água Saída de Água
P = Chuva E = Evaporação
O = Orvalho ET = Evapotranspiração
Ri = Escoamento superficial Ro = Escoamento superficial
DLi = Escoamento infiltrado DL = Escoamento infiltrado
AC = Ascensão capilar DP = Drenagem Profunda
Portanto:
ΔARM=P-E-ET-DP
Para longos períodos de tempo (anos) é considerado: ΔARM=0, ou 
seja: 
P=E-ET-DP
Para bacias hidrográficas, sendo Q a vazão do rio principal na saída da 
área de controle: 
ΔARM=P-E-ET-Q
BALANÇO HÍDRICO
Entrada de Água Saída de Água
P = Chuva E = Evaporação
O = Orvalho ET = Evapotranspiração
Ri = Escoamento superficial Ro = Escoamento superficial
DLi = Escoamento infiltrado DL = Escoamento infiltrado
AC = Ascensão capilar DP = Drenagem Profunda
Qual seria a vazão de saída (m³/s) de uma bacia completamente
impermeável, com área de 17km², sob uma chuva constante à taxa de 5
mm/hora?
EXEMPLO 1
Em uma bacia hidrográfica com precipitações médias anuais de 1800
mm, foram medidas as vazões do rio ao longo de 11 anos e a vazão
média do rio é de 43,1m³/s. Considerando que a área da bacia neste
local é de 1604km² , qual é a evaporação+evapotranspiração média
anual nesta bacia?
EXEMPLO 2
Em uma bacia hidrográfica com precipitações médias anuais de
1.450mm, foram medidas as vazões do rio ao longo de 12 anos e a vazão
média do rio é de 52,3m³/s. Considerando que a área da bacia neste
local é de 3.236km² , qual é a evaporação+evapotranspiração média
anual nesta bacia?
EXEMPLO 3
DEFINIÇÃO: é a água proveniente da atmosfera que atinge a superfície
da Terra. Exemplos de precipitação: chuva, granizo e neve.
A precipitação possui três grandezas: altura, duração e intensidade. A
altura está relacionada ao volume precipitado medido em mm
relacionado a um período de tempo.
As precipitações são classificadas como:
Chuvas frontais ou ciclônicas;
Chuvas orográficas;
Chuvas convectivas.
PRECIPITAÇÃO
CHUVAS FRONTAIS OU CICLÔNICAS:
Chuvas de média e longa duração, ocasionadas por choques de massa
de ar quente e frio. O ar frio é mais denso e empurra a massa de ar
quente para cima, esta se resfria e condensa o vapor de água,
ocorrendo a chuva.
PRECIPITAÇÃO
CHUVAS CONVECTIVAS:
Também chamadas de chuva de verão. Ocorrem quando o ar úmido for
aquecido próximo do solo e cria camadas de ar quente que se mantém
em equilíbrio instável.
Quando esta chamada sobe, resfria rapidamente, condensa o vapor
atmosférico, forma nuvens e muitas vezes precipitações.
PRECIPITAÇÃO
CHUVAS OROGRÁFICAS:
Estas chuvas são influenciadas pelo relevo, quando ventos úmidos do
oceano encontram barreiras montanhosas no continente, quando são
elevados e resfriados, formando nuvens e precipitações.
Estas são chuvas de pequenas intensidades e grande duração.
PRECIPITAÇÃO
PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DAS PRECIPITAÇÕES:
São necessários alguns parâmetros básicos para definir uma
precipitação:
altura pluviométrica (r): espessura média da lâmina da água que se
formaria no solo como resultado de uma chuva, caso não houvesse
escoamento, infiltração ou evaporação de água precipitada.
duração (t): período de tempo contado desde o início até o fim da
chuva, expresso geralmente em horas ou minutos
frequência de ocorrência ou probabilidade (p): quantidade de
ocorrências de eventos iguais ou superiores ao evento de chuva
considerado.
PRECIPITAÇÃO
INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO:
São três instrumentos básicos para se medir uma precipitação:
Pluviômetro; Pluviógrafos; Radares meteorológicos.
PRECIPITAÇÃO
PLUVIÔMETRO:
Possui uma superfície de capacitação
horizontal delimitada por um anel metálico
e de um reservatório que acumula a água
recolhida.
Esse aparelho possui uma área de captação
de 400 cm², de modo que um volume de
40 ml corresponde a 1mm de precipitação.
A água acumulada no aparelho é tirada por 
meio de uma torneira, em horários 
prefixados. 
PRECIPITAÇÃO
PLUVIÔMETRO:
Calcula-se a precipitação da seguinte 
forma:
P = 10 . V / A
P: precipitação em mm
V: volume recolhido em cm³ ou ml
A: área da captação do anel em cm².
A instalação do pluviômetro deve ser, de
preferência, em um terreno plano e livre de
obstáculos igual ao dobro de sua altura. As
normas da ANEEL (Agência Nacional de
Energia Elétrica) recomendam que o aro
que delimita o pluviômetro esteja a uma
altura de 1,50m do solo.
PRECIPITAÇÃO
PLUVIÓGRAFOS:
Faz o registro contínuo das variações das alturas pluviais ao longo 
do tempo.
PRECIPITAÇÃO
PLUVIÓGRAFOS:
PRECIPITAÇÃO
RADARES METEOROLÓGICOS:
A medição de chuva por radar tem base na emissão de pulsos de
radiação eletromagnéticos 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 recebido, denominado
refletividade, é correlacionada à intensidade de chuva que está caindo
em uma região. Pode-se estabelecer a distribuição espacial da chuva
em cada instante e dentro de um raio de até 200 km.
No Brasil, no estado de São Paulo é que existem alguns em operação.
Em países desenvolvidos como Estados Unidos, Inglaterra e Alemanha a
cobertura por radar, para estimar a chuva, é completa.
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO MÉDIA SOBRE UMA REGIÃO:
A precipitação média pode ser calculada considerando a lâmina de água
de altura uniforme sobre toda a área analisada, associada a um período
de tempo.
Os principais métodos para determinar a precipitação média em uma
área são: Método da Média Aritmética; Método de Thiessen e o
Método das Isoietas.
PRECIPITAÇÃO
Método da Média Aritmética:
A precipitação média é calculada como a média aritmética dos valores
médios de precipitação.
Este método ignora variações geográficas da precipitação e, portanto, é
aplicável apenas em regiões planas com variação gradual e suave
gradiente pluviométrico e com cobertura de postos de medição
bastante densa.
PRECIPITAÇÃO
Método da Média Aritmética:
Exemplo 3: Calcule a precipitação média da bacia da figura abaixo:
PRECIPITAÇÃO
Método da Média Aritmética:
Exemplo 4: Calcule a precipitação média da bacia da figura abaixo:
PRECIPITAÇÃO
[mm]
Métodode Thiessen:
Também como método do vizinho mais próximo.
Define-se a área de influência de cada posto pluviométrico dentro da
bacia hidrográfica.
Exemplo 5: Tendo uma bacia
hidrográfica com valores médios
de precipitação contendo uma
área total de 100km².
PRECIPITAÇÃO
Método de Thiessen:
Primeiro é preciso traçar linhas que unem os postos pluviométricos
mais próximos.
PRECIPITAÇÃO
Método de Thiessen:
Em seguida determina-se o ponto médio em cada uma destas linhas, e 
a partir desse ponto traça-se uma linha perpendicular.
PRECIPITAÇÃO
Método de Thiessen:
A intercepção das linhas médias entre si e com os limites da bacia vão
definir a área de influência de cada um dos postos. Com isso mede-se a
área de cada posto.
A área sobre a influência do 
posto com 120mm é de 15 km²;
A área sobre a influência do 
posto com 70mm é de 40 km²;
A área sobre a influência do 
posto com 50mm é de 30 km²;
A área sobre a influência do 
posto com 75mm é de 5 km²;
A área sobre a influência do 
posto com 82mm é de 10 km²;
PRECIPITAÇÃO
Método de Thiessen:
A precipitação média da bacia é: Pm =
Posto com 120mm é de 15 km²;
Posto com 70mm é de 40 km²;
Posto com 50mm é de 30 km²;
Posto com 75mm é de 5 km²;
Posto com 82mm é de 10 km²;
PRECIPITAÇÃO
Método de Thiessen :
Exemplo 6: Calcule a precipitação média da bacia da figura abaixo, as
precipitações dadas estão em mm.:
PRECIPITAÇÃO
Método das Isoietas:
O método constitui de linhas
que unem pontos de igual
precipitação. Depois de
escrever os valores de chuva
em cada posto se unem estes
com linhas retas nas quais se
interpolam linearmente os
valores para os quais se
pretende traçar as isolinhas.
PRECIPITAÇÃO
Método das Isoietas:
Exemplo 7: Considerando a
bacia com área total de
100km².
Primeiro traça-se linhas que
unem os postos
pluviométricos mais próximos
entre si:
PRECIPITAÇÃO
Método das Isoietas:
Em seguida se divide as linhas escrevendo os valores da precipitação
interpolados linearmente.
PRECIPITAÇÃO
Método das Isoietas:
O próximo passo será em traçar as isolinhas:
PRECIPITAÇÃO
Método das Isoietas:
Cálculo da precipitação média na bacia hidrográfica:
Pm = 
PRECIPITAÇÃO
Método das Isoietas:
Exemplo 8: Calcule a precipitação média da bacia da figura abaixo:
PRECIPITAÇÃO
[mm]
ANÁLISE DE DADOS:
O objetivo de um posto de medição de chuvas é obter uma série
ininterrupta de precipitações ao longo dos anos ou o estudo da variação
das intensidades de chuva ao longo das tormentas. Caso ocorra
períodos sem informações ou com falhas nas observações, devido a
problemas com aparelhos de registro e/ou com o operador do posto.
Essas falhas devem ser preenchidas por métodos estatísticos. Dentre
eles, os métodos mais comuns de preenchimento de falhas são:
Método de Ponderação Regional;
Método de Regressão Linear.
PRECIPITAÇÃO
Método de Ponderação Regional:
É um método simplificado normalmente utilizado para o reenchimento
de séries mensais ou anuais de precipitações, visando a
homogeneização do período de informações e à análise estatística das
precipitações.
Onde:
y é a precipitação do porto Y a ser estimada;
x1, x2, x3 são as precipitações correspondentes ao mês (ano) que se
deseja preencher, observadas em três estações vizinhas;
ym é a precipitação média do ponto Y;
xm1, xm2, xm3 são as precipitações médias nas três estações vizinhas.
PRECIPITAÇÃO
ANÁLISE DE DADOS:
Exemplo 9: Calcule a falha o método da
ponderação regional:
PRECIPITAÇÃO
Adotar como médias
ANÁLISE DE DADOS:
Exemplo 10: Calcule a falha o
método da ponderação regional
PRECIPITAÇÃO
Método de Regressão Linear:
Um método mais aprimorado de preenchimento de falhas consiste em
utilizar as regressões lineares simples ou múltiplas. 
No caso de regressão linear simples, as precipitações de um posto com
falhas (Y) e de um posto vizinho (X) são correlacionadas.
A correlação é uma equação analítica, cujos parâmetros podem ser
estimados por métodos como o de mínimos quadrados, ou
graficamente através da plotagem cartesianas dos pares de valores
(X,Y).
Define-se desta forma uma equação do tipo:
Y=A+BX e são preenchidas as falhas.
PRECIPITAÇÃO
y = 0,9632x + 25,619
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150 200
Y
X
Y = 25,619 + 0,9632 X
ANÁLISE DE DADOS:
Exemplo 11: A tabela abaixo apresenta valores de
precipitação anual (mm) para dois postos
pluviométricos situados numa região de mesmo
regime pluviométrico. Preencha os dados faltante
utilizando o da Regressão Linear Simples.
PRECIPITAÇÃO Y X
185 171
173 155
141 115
103 68
51
33
33 12
60 43
121 98
161 139
181 162
202 183
ANÁLISE DE DADOS:
Exemplo 12: Admitindo que os
dados ‘*’ sejam desconhecidos,
calcule as falhas pelo método das
médias de ponderação regional e
progressão linear.
Dado: y = 11,4223 + 1,0132x
PRECIPITAÇÃO
HIDROLOGIA APLICADA
Professora Denise Thölken
Aula 03 - Balanço hídrico e Precipitação