02 05 2018 Escoamento superficial pdf (1)

Prévia do material em texto

UNICEUB – Centro Universitário de Brasília
Graduação em Engenharia Civil
Disciplina: Hidrologia Aplicada
Escoamento superficial
Prof.: Wendy F. Ataide
Brasília, 02 de maio de 2018
Corresponde ao 
segmento do ciclo 
hidrológico relacionado 
ao deslocamento da 
água sobre a superfície 
do solo.
Introdução
O escoamento superficial transporta partículas de solo, compostos 
químicos, matéria orgânica, defensivos agrícolas que causam 
prejuízos e poluem os cursos d’água.
Introdução
Vicente Pires
Áreas de infiltração
Introdução
Solo inicialmente 
seco
Introdução
Introdução
Os mesmos relativos à infiltração de água no solo
 Fatores relacionados ao solo (textura, estrutura,
condutividade hidráulica, densidade):
 Fatores relacionados à superfície (tipo de cobertura
vegetal);
 Preparo e manejo do solo (plantio em nível, plantio direto).
Fatores que intervém no escoamento superficial (ES)
Agroclimáticos
 O ES tende a crescer com o aumento da intensidade e da duração
da precipitação além da área abrangida pela precipitação;
 Evapotranspiração (ET): quanto maior a ET, mais seco fica o solo,
maior a infiltração e menor o ES.
Fatores que intervém no escoamento superficial (ES)
Fisiográficos (físicos)
 Quanto maior a área da bacia e a declividade, maior o ES.
 Quanto mais circular, maior o ES.
 Condições da superfície: tipo de solo, topografia, rede de drenagem,
obras hidráulicas.
Fatores que intervém no escoamento superficial (ES)
Fatores que intervém no escoamento superficial (ES)
 Vazão (Q);
 Coeficiente de escoamento (C);
 Tempo de concentração (tc);
 Período de retorno (T);
Grandezas associadas ao escoamento superficial
 Vazão (Q, m3/s): volume de água que atravessa a seção 
transversal considerada por unidade de tempo. 
Para manejo integrado de bacias hidrográficas deve-se 
conhecer as vazões máximas (projeto de sistemas de 
drenagem, obras de controle de erosão e cheias), médias e 
mínimas para as frequências de interesse.
Grandezas associadas ao escoamento superficial
 Coeficiente de escoamento superficial (C, 
adimensional): relação entre o volume (ou lâmina) que 
escoa sobre a superfície (ES) e o volume (ou lâmina) total 
precipitado (PT). 
Grandezas associadas ao escoamento superficial
𝐶 =
𝐸𝑆
𝑃𝑇
 Tempo de concentração (𝐭𝐜, horas ou minutos): tempo que 
a água que cai no ponto mais remoto da bacia leva para 
atingir a seção de deságue, ou, tempo necessário para que 
toda a bacia contribua com ES na seção considerada.
Grandezas associadas ao escoamento superficial
 Período de retorno (T, anos): período de tempo médio 
(em anos) em que um evento (por exemplo, vazão de 
escoamento superficial) é igualado ou superado, pelo 
menos uma vez.
Grandezas associadas ao escoamento superficial
 Método Racional: utilizado para determinação da vazão 
máxima de ES a partir de dados de chuvas para pequenas 
bacias (até 500 ha).
Estimativa do escoamento superficial
1 ha = 10.000 m2
 Método Racional:
Estimativa do escoamento superficial
𝑄𝑚𝑎𝑥 =
𝐶. 𝑖𝑚. 𝐴
360
= 𝑣𝑎𝑧𝑎𝑜 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝐸𝑆,𝑚3/𝑠
𝐶 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐸𝑆, 𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙
𝑖𝑚 = 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑡𝑎ç𝑎𝑜, 𝑡 = 𝑡𝑐,𝑚𝑚/ℎ
𝐴 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎 𝑏𝑎𝑐𝑖𝑎, ℎ𝑎
Método Racional: baseado nos seguintes princípios:
 A precipitação deve ter alta intensidade e curta duração, a vazão 
máxima ocorre quando a duração da chuva for igual ao tc;
 A precipitação com duração igual a tc ocorre uniformemente em toda a 
bacia;
 O solo encontra-se saturado e taxa de infiltração é estável (VIB);
Estimativa do escoamento superficial
Método Racional:
Estimativa do escoamento superficial
𝑄𝑚𝑎𝑥 =
𝐶. 𝑖𝑚. 𝐴
360
Área de drenagem (A): é o parâmetro mais preciso. 
Normalmente obtido por meio de mapas e fotografias 
aéreas ou SIGs.
Método Racional:
Estimativa do escoamento superficial
𝑄𝑚𝑎𝑥 =
𝐶. 𝑖𝑚. 𝐴
360
Coeficiente de escoamento (C): obtido principalmente por 
meio de tabelas.
Coeficiente de escoamento
Coeficiente de escoamento
Coeficiente de escoamento
Método Racional:
Estimativa do escoamento superficial
𝑄𝑚𝑎𝑥 =
𝐶. 𝑖𝑚. 𝐴
360
Quando há variação do coeficiente de ES ao longo da área 
analisada:
𝐶 =
 𝐶𝑖 . 𝐴𝑖
𝐴
Coeficiente de escoamento
𝐶 =
 𝐶𝑖 . 𝐴𝑖
𝐴
Método Racional:
Estimativa do escoamento superficial
𝑄𝑚𝑎𝑥 =
𝐶. 𝑖𝑚. 𝐴
360
Intensidade máxima média (𝑖𝑚): obtida pela equação que 
relaciona a intensidade duração frequência de precipitação.
𝑖𝑚 =
𝐾. 𝑇𝑎
𝑡 + 𝑏 𝑐
Método Racional:
Estimativa do escoamento superficial
Intensidade máxima média (𝑖𝑚):
𝑖𝑚 =
𝐾. 𝑇𝑎
𝑡 + 𝑏 𝑐
𝑇 = 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜, 𝑎𝑛𝑜𝑠
𝑡 = 𝑑𝑢𝑟𝑎ç𝑎𝑜 𝑑𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑐𝑖𝑝𝑖𝑡𝑎ç𝑎𝑜,𝑚𝑖𝑛
𝐾, 𝑎, 𝑏 𝑒 𝑐 = 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑒
Estimativa do escoamento superficial
Método Racional:
Estimativa do escoamento superficial
Intensidade máxima média (𝑖𝑚).
𝑖𝑚 =
𝐾. 𝑇𝑎
𝑡 + 𝑏 𝑐
Período de retorno (T): escolhido com base em critérios 
econômicos.
Estimativa do escoamento superficial
Período de retorno (T)
Método Racional:
Estimativa do escoamento superficial
Intensidade máxima média (𝑖𝑚).
Duração da precipitação (t): considera-se igual ao tc
𝑖𝑚 =
𝐾. 𝑇𝑎
𝑡 + 𝑏 𝑐
𝑞 =
𝑄𝑚
𝐴
=
𝐶. 𝑖𝑚
360
⇒ 𝑣𝑎𝑧𝑎𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎
Tempo de concentração (tc)
Equação de Kirpich, 𝑡𝑐 em minutos
𝑡𝑐 = 57.
𝐿3
𝐻
0,385
𝐿 = 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑙𝑣𝑒𝑔𝑢𝑒, 𝐾𝑚
𝐻 = 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛ç𝑎 𝑑𝑒 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜 + 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒 𝑜 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑔𝑢𝑒,𝑚
Tempo de concentração (tc)
Equação de Ven Te Chow, 𝑡𝑐 em minutos
𝑡𝑐 = 52,64.
𝐿
𝑆0
0,64
𝐿 = 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑙𝑣𝑒𝑔𝑢𝑒, 𝐾𝑚
𝑆0 = 𝑑𝑒𝑐𝑙𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑙𝑣𝑒𝑔𝑢𝑒,𝑚/𝐾𝑚
Tempo de concentração (tc)
Equação de Picking, 𝑡𝑐 em minutos
𝑡𝑐 = 51,79.
𝐿2
𝑆0
1/3
𝑆0 = 𝑑𝑒𝑐𝑙𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑙𝑣𝑒𝑔𝑢𝑒,𝑚/𝐾𝑚
𝐿 = 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑙𝑣𝑒𝑔𝑢𝑒, 𝐾𝑚
Tempo de concentração (tc)
Equação de Izzard, 𝑡𝑐 em minutos, método iterativo
𝑡𝑐 =
526,42. 𝑏. 𝐿1/3
𝐶. 𝑖𝑚 2/3
𝑏 =
0,0000276. 𝑖𝑚 + 𝐶𝑟
𝑆0
1/3
𝐿 = 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜,𝑚
𝐶 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑐𝑜𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜
𝑆0 = 𝑑𝑒𝑐𝑙𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒,𝑚/𝑚
𝐶𝑟 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑡𝑎𝑟𝑑𝑜
𝑖𝑚 = 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒,𝑚𝑚/ℎ
Tempo de concentração (tc)
Coeficiente de retardo
Tempo de concentração (tc)
Equação derivada com base no método da onda
cinemática, 𝑡𝑐 em minutos, método iterativo
𝑡𝑐 = 447
𝐿. 𝑛 0,6
𝑖𝑚
0,4. 𝑆𝑡
0,3
𝑛 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑟𝑢𝑔𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑀𝑎𝑛𝑛𝑖𝑛𝑔,
𝑆𝑡 = 𝑑𝑒𝑐𝑙𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒,𝑚/𝑚
𝐿 = 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑙𝑣𝑒𝑔𝑢𝑒, 𝐾𝑚
𝑖𝑚 = 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒,𝑚𝑚/ℎ
Tempo de concentração (tc)
Equação de Giandotti, 𝑡𝑐 em horas
𝑡𝑐 =
4. 𝐴 + 1,5. 𝐿
0,8. 𝐻
𝐿 = 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑙𝑣𝑒𝑔𝑢𝑒, 𝐾𝑚
𝐻 = 𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛ç𝑎 𝑑𝑒 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑜 𝑝𝑜𝑛𝑡𝑜 + 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑎𝑔𝑢𝑒,𝑚
𝐴 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎 𝑏𝑎𝑐𝑖𝑎, 𝐾𝑚2
Tempo de concentração (tc)
Equação de SCS Lag, 𝑡𝑐 em minutos
𝑡𝑐 = 3,42. 𝐿
0,8.
1000
𝐶𝑁− 9
0,7
. 𝑆0
−0,5
𝐶𝑁 = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑎 𝑐𝑢𝑟𝑣𝑎
𝐿 = 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑙𝑣𝑒𝑔𝑢𝑒, 𝐾𝑚
𝑆0 = 𝑑𝑒𝑐𝑙𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑙𝑣𝑒𝑔𝑢𝑒,𝑚/𝑚
Tempo de concentração (tc)
Equação de SCS método cinemático, 𝑡𝑐 em minutos
𝑡𝑐 =
1000
60
. 
𝑖=1
𝑛
𝐿𝑖
𝑉𝑖
𝐿𝑖 = 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑡𝑟𝑒𝑐ℎ𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜, 𝐾𝑚
𝑉𝑖 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑡𝑟𝑒𝑐ℎ𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜,𝑚/𝑠
Tempo de concentração (tc)
Equação de SCS método cinemático, 𝑡𝑐 em minutos
𝑉𝑖 = 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑜 𝑡𝑟𝑒𝑐ℎ𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜
Tempo de concentração (tc)
Equação de SCS método cinemático, 𝑡𝑐 em minutos
Tipo de cobertura Equação, I em %
Floresta 𝑉 = 0,0729. 𝐼0,5051
Solo sem cultivo 𝑉 = 0,1461. 𝐼0,4920
Pastagem 𝑉 = 0,2193. 𝐼0,4942
Solo com pouca cobertura 𝑉 = 0,3073. 𝐼0,4985
Canais ou rios 𝑉 = 0,4528. 𝐼0,5011
Áreas pavimentadas 𝑉 = 0,6078. 𝐼0,4976
Tempo de concentração (tc)
Equação de Dodge, 𝑡𝑐 em minutos
𝑡𝑐 = 21,88. 𝐴
0,41. 𝑆0
−0,17
𝑆0 = 𝑑𝑒𝑐𝑙𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝑡𝑎𝑙𝑣𝑒𝑔𝑢𝑒,𝑚/𝑚
𝐴 = 𝑎𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑎 𝑏𝑎𝑐𝑖𝑎, 𝐾𝑚2
Exercício 1: determine o tempo de concentração, empregando as diferentes 
equações apresentadas, considerando as condições de precipitação típicas de 
Patos de Minas, MG, e os seguintes parâmetros:
Área da bacia: 100 ha;
Período de retorno: 10 anos;
Comprimento do talvegue: 2.000 m;
Diferença de elevação entre a seção de deságue e o ponto mais remoto da 
bacia: 35 m;
Cobertura: 50% solo cultivo de milho (solo com pouca cobertura); 25% floresta; 
25% pastagem.
Declividade média da área da bacia: 8%.
Solo argiloso.