Aula 5.0 - Hidrologia Urbana - Modelagem Chuva-Vazão

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Drenagem Urbana 
Hidrologia Urbana: Modelagem 
Chuva - Vazão 
Engenharia Civil 
Professor Marcos André 
1. Modelagem Chuva – Vazão 
A modelagem chuva-vazão tem por objetivo representar o 
comportamento de um sistema hidrológico, que normalmente é uma 
bacia hidrográfica, por meio de equações matemáticas, de forma a 
fornecer informações de descarga líquida em um determinado ponto. 
Esse tipo de procedimento é utilizado em bacias sem informações de 
vazão medidas em campo. Depois da medição dos dados de chuva, é 
possível obter estimativas de vazão em qualquer ponto de uma bacia 
hidrográfica. 
1. Modelagem Chuva – Vazão 
De forma resumida, o procedimento da modelagem chuva-vazão 
possui os seguintes passos: 
 
(i) levantamento das informações disponíveis e caracterização do local 
de estudo (topografia do terreno, infraestrutura existente, cadastro da 
rede pluvial, ocupação e uso do solo, dados climatológicos, dados dos 
cursos d’água, etc.); 
 
(ii) definição do período de retorno e dos riscos associados, levando 
em conta tanto os aspectos sociais e econômicos como os objetivos do 
projeto em desenvolvimento; 
 
(iii) determinação da precipitação de projeto de acordo com as 
informações climáticas da região, que normalmente emprega as curvas 
de intensidade-duração-frequência; 
 
1. Modelagem Chuva – Vazão 
(iv) determinação do escoamento superficial direto perfazendo a 
simulação da transformação chuva-vazão com a aplicação de um 
modelo hidrológico; 
 
(v) determinação das vazões de projeto; 
 
Observações: 
a) A modelagem é necessária à determinação dos hietogramas de 
projeto. Normalmente são gerados hidrogramas para os tempos de 
retorno usualmente utilizados em projeto, ou seja, 2, 5, 10, 25, 50 e 
100 anos.; 
 
b) Adota-se, tradicionalmente, que a duração da chuva é igual ao 
tempo de concentração das bacias estudadas. 
1. Modelagem Chuva – Vazão 
Escolha do Período de Retorno 
Tormenta de Projeto 
Escoamento Superficial Direto 
Vazões e Volumes de Projeto 
Dimensionamento Hidráulico 
Política 
Economia 
Hidrometeor. 
Hidrologia/ 
Uso do Solo 
Hidrologia 
Hidráulica 
1. Modelagem Chuva – Vazão 
Período de Retorno- T 
Conceito 
- Probabilidade - p 
- Probabilidade acumulada - P 
- Período de retorno - T 
 
T= 1/P 
Valores Usuais 
Tipo de Ocupação da Bacia Projeto T (anos) 
 Residencial micro 2 
 Comercial, Aeroportos, etc micro 5 
 Grandes artérias de tráfego micro 5-10 
 Residenciais e comerciais macro 50-100 
 Áreas especiais macro >500 
1.1. Escoamento Superficial 
1.2. Métodos Clássicos de Análise 
1.2. Métodos Clássicos de Análise 
Método Racional 
- Bacias com pouco armazenamento. 
- Chuva uniforme ao longo da duração. 
- Bacias Pequenas e Urbanizadas (< 3 km²). 
Métodos baseados no Hidrograma Unitário 
- Leva em conta o armazenamento nas bacias 
e a variação temporal das chuvas. 
- Supõe uniformidade espacial. 
- Bacias até 500 km2 (*). 
1.2. Métodos Clássicos de Análise 
1.2. Métodos Clássicos de Análise 
1.2. Métodos Clássicos de Análise 
1.2. Métodos Clássicos de Análise 
1.2.1 Método Soil Conservation 
Service - SCS 
a) Formulação 
 
 SIaP
IaP
he



2
IaP  0he
IaP 
quando 
quando 
he = chuva excedente em mm 
P = chuva acumulada em mm 
Ia = Perdas iniciais (interceptação, etc) 
S = parâmetro de armazenamento 
Valores de CN: 
S
S
Ia 2,0
5

254
CN
25400
S 
1.2.1 Método Soil Conservation 
Service - SCS 
• O parâmetro CN depende dos seguintes fatores: tipo 
de solo, condições de uso e ocupação do solo, 
umidade antecedente do solo. 
1.2.1 Método Soil Conservation 
Service - SCS 
40 
55 
75 
1.2.1 Método Soil Conservation 
Service - SCS 
b) Tipo de Solo 
 
1.2.1 Método Soil Conservation 
Service - SCS 
b) Tipo de Solo 
 
1.2.1 Método Soil Conservation 
Service - SCS 
c) Condições de uso e ocupação do solo 
 
As Tabelas abaixo fornecem valores de CN para os diferentes 
tipos de solo e respectivas condições de ocupação. Cabe 
ressaltar que essa tabela refere-se à Condição II de umidade 
antecedente do solo. 
Uso do solo Tratamento 
Condição 
hidrológica 
Tipo de solo 
A B C D 
Sem cultivo Fileiras retas 77 86 91 94 
Cultivo em 
fileiras 
Fileiras retas 
Má 72 81 88 91 
Boa 67 78 85 89 
Com curvas de nível 
Má 70 79 84 88 
Boa 65 75 82 86 
Com curvas de nível 
e terraços 
Má 66 74 80 82 
Boa 62 71 78 81 
Cultivo em 
fileiras estreitas 
Fileiras retas 
Má 65 76 84 88 
Boa 63 75 83 87 
Com curvas de nível 
Má 63 74 82 85 
Boa 61 73 81 84 
Com curvas de nível 
e terraços 
Má 61 72 79 82 
Boa 59 70 78 81 
Leguminosas em 
fileiras estreitas 
Fileiras retas 
Má 66 77 85 89 
Boa 58 72 81 85 
Com curvas de nível 
Má 64 75 83 85 
Boa 55 69 78 83 
Com curvas de nível 
e terraços 
Má 63 73 80 83 
Boa 51 67 76 80 
Pastagens para 
pastoreio 
 Má 68 79 86 89 
Regular 49 69 79 84 
Boa 39 61 74 80 
Com curva de nível Má 47 67 81 88 
Regular 25 59 75 83 
Boa 6 35 70 79 
Floresta 
 Má 45 66 77 83 
Regular 36 60 73 79 
Boa 25 55 70 77 
 
Valores do CN para bacias 
com ocupação agrícola para 
condições de umidade 
antecedente AMC II 
Utilização ou cobertura do solo 
Tipo de solo 
A B C D 
Zonas cultivadas 
sem conservação do solo 72 81 88 91 
com conservação do solo 62 71 78 81 
Pastagens ou terrenos em más condições 68 79 86 89 
Terrenos baldios em boas condições 39 61 74 80 
Prado em boas condições 30 58 71 78 
Bosques ou zonas com cobertura ruim 45 66 77 83 
Florestais com cobertura boa 25 55 70 77 
Espaços abertos, relvados, parques, 
campos de golfe, cemitérios, boas 
condições 
com relva em mais de 75% da área 39 61 74 80 
com relva de 50 a 75% da área 49 69 79 84 
Zonas comerciais e de escritórios 89 92 94 95 
Zonas industriais 81 88 91 93 
Zonas residenciais 
lotes de (m2) % área impermeável 
<500 65 77 85 90 92 
1000 38 61 75 83 87 
1300 30 57 72 81 86 
2000 25 54 70 80 85 
4000 20 51 68 79 84 
Parques de estacionamento, telhados, viadutos, etc. 98 98 98 98 
Arruamentos e estradas 
asfaltadas e com drenagem de águas pluviais 98 98 98 98 
paralelepípedos 76 85 89 91 
terra 72 82 87 89 
 
Valores de CN para bacias com ocupação urbana para condições de umidade antecedente 
AMC II 
1.2.1 Método Soil Conservation 
Service - SCS 
d) Condições de umidade antecedente do solo 
 
1.2.1 Método Soil Conservation 
Service - SCS 
d) Condições de umidade antecedente do solo 
Outros autores, como TUCCI (2000), apresentam outros valores: 
Classes de umidade antecedente do solo conforme a chuva ocorrida nos cinco 
dias anteriores à chuva crítica no período de crescimento da cultura 
 
Classes 
Chuva ocorrida nos 5 dias anteriores à chuva de 
projeto (mm) 
AMC I 0 – 35 
AMC II 35 – 52,5 
AMC III > 52,5 
Fonte: TUCCI (2000). 
1.2.1 Método Soil Conservation 
Service - SCS 
d) Condições de umidade antecedente do solo 
 
• A Tabela abaixo permite converter o valor de CN para 
condição I ou III, dependendo da situação quese desejar 
representar. 
 
• A Condição II é utilizada normalmente para a determinação 
do hidrograma do ESD para projeto deobras correntes em 
drenagem urbana. 
Correção das curvas de CN para condições iniciais de umidade diferentes da 
média (AMC II) 
1.2.1 Método Soil Conservation 
Service - SCS 
Roteiro de Cálculo 
 
• Escolhadas condições de saturação do solo; 
• Determinação do grupo hidrológico do solo; 
• Determinação do CN para a condição II por meio da Tabela; 
• Transformação do CN para a condição desejada através de 
Tabela, se for o caso; 
• Determinação do escoamento superficial pela Equação SCS. 
EXERCÍCIOS 
Exemplo 1 
Exemplo 2 
Calcular o hietograma da chuva excedente a partir do hietograma de chuva 
apresentado nas colunas 1 e 2 da Tabela Abaixo, para uma bacia com CN = 85. 
1.2.2. Método Racional 
 
Para bacias de drenagem que não apresentam complexidade e 
que tenham áreas de drenagem inferiores a aproximadamente 
3km² é recomendado que a descarga de projeto seja analisada 
pelo denominado Método Racional. 
 
Embora criticado por sua simplicidade, é um método largamente 
aceito e conduz a resultados satisfatórios, quando aplicado 
dentro de seus limites de validade. 
1.2.2. Método Racional 
1.2.2. Método Racional 
Premissas básicas 
 
• O pico do ESD, relativo a um dado local de estudo, é função 
do respectivo tempo de concentração, assim como da 
intensidade da chuva, cuja duração é suposta como sendo 
igual a o tempo de concentração; 
 
• As condições de permeabilidade da superfície da bacia 
permanecem constantes durante a ocorrência da chuva; 
 
• O pico do ESD ocorre quando toda a área de drenagem, a 
montante do local em estudo passa a contribuir no 
escoamento. 
1.2.2. Método Racional 
Limitações 
 
O Método Racional fornece somente um ponto do 
hidrograma do ESD, o pico. Sua aplicação em bacias 
complexas, com várias sub-bacias, tende a superestimar as 
vazões, resultando em obras de drenagem 
superdimensionadas. 
1.2.2. Método Racional 
Dados e informações para aplicação 
 
• planimetria da bacia para determinação de sua área. É importante notar 
que, em áreas urbanas nem sempre a área da bacia é determinada pelo 
seu divisor de águas, sendo de ocorrência relativamente comum a 
transposição de águas pluviais de bacias vizinhas através de tubos e 
galerias; 
 
• existência de uma relação intensidade-duração-frequência 
representativa do regime de chuvas intensas na área; 
 
• escolha de um coeficiente de escoamento superficial representativo das 
condições futuras da bacia; 
 
• determinação do tempo de concentração, ou seja, o tempo de percurso 
da água desde o ponto mais distante da bacia hidrográfica até a seção de 
interesse. Após o tempo de concentração, toda a área da bacia estará 
contribuindo para o escoamento, desde que a duração da chuva 
excedente seja no mínimo igual ao tempo de concentração. 
1.2.2. Método Racional 
Tempo de Concentração 
 
1.2.2. Método Racional 
Intensidade 
 
• Intensidade é a quantidade de chuva que ocorre na unidade de tempo 
adotada, para uma dada frequência e com uma duração igual ao tempo de 
concentração. 
 
• A seguir encontra-se a equação e as curvas de intensidade, duração e 
frequência para o município de Palmas. 
1.2.2. Método Racional 
Intensidade 
 
1.2.2. Método Racional 
Intensidade 
 
1.2.2. Método Racional 
Coeficiente de Escoamento Superficial Direto 
(coeficiente de "runoff") 
 
Coeficiente de escoamento superficial é função de uma série de 
fatores, dentre os quais o tipo de solo, a ocupação da bacia, a 
umidade antecedente, a intensidade da chuva e outros de 
menor importância. 
1.2.2. Método Racional 
Coeficiente de Escoamento Superficial Direto (coeficiente de 
"runoff") 
A adoção, portanto, de um valor de C constante, é uma hipótese pouco realista e 
deve ser feita com os seguintes cuidados: 
 
• o valor de C deve ser determinado para as condições futuras de urbanização da 
bacia; 
• se a ocupação da bacia for muito heterogênea, deve-se estimar o valor de C 
pelo método da média ponderada, conforme exemplo neste capítulo; 
• o efeito da intensidade da chuva sobre C deve ser levado em conta por meio de 
correção feita em função do período de retorno, como se explica a seguir. 
 
• Usualmente, o coeficiente de escoamento superficial é determinado em função 
da ocupação do solo (Tabela a seguir). Esta tabela fornece os valores de C para 
períodos de retorno da ordem de 5 a 10 anos. 
 
• Para períodos de retorno maiores recomenda-se corrigir o valor de C , sendo 
que a respectiva literatura técnica apresenta várias expressões para tal. 
1.2.2. Método Racional 
Coeficiente de Escoamento Superficial Direto 
(coeficiente de "runoff") 
Valores do coeficiente de escoamento superficial direto adotados pela Prefeitura 
do Município de São Paulo (P.S. Wilken, 1978):