Hidrologia aula 04 Escoamento superficial2018.2

Prévia do material em texto

Hidrologia 
Prof. Dr. Hugo Mozer Barros Eustáquio 
CENTRO 
UNIVERSITÁRIO FACEX 
Engenharia Civil 
Aula 04: 
Escoamento Superficial 
Definições importantes 
ESCOAMENTO SUPERFICIAL ➔ O escoamento superficial é o segmento 
do ciclo hidrológico caracterizado pelo deslocamento da água na superfície 
da terra e nos cursos d’água naturais. 
Aula 04 
Quando uma chuva atinge determinada área ou bacia hidrográfica, parte de suas 
águas é interceptada pela vegetação (e/ou outros obstáculos), de onde se 
evapora posteriormente, e o restante atinge a superfície do solo. 
 
Da água que atinge a superfície do solo, parte é retida nas depressões do 
terreno, parte se infiltra. 
 
É razoável admitir-se que, durante a chuva, as quantidades evaporadas ou 
evapotranspiradas são desprezíveis. 
ESCOAMENTO SUPERFICIAL considera o movimento da água a partir do 
menor porção de chuva que,caindo sobre o solo saturado de umidade ou 
impermeável, escoa pela superfície. 
Com o passar do tempo há um estabelecimento de um equilíbrio entre uma película 
de lamina de água no solo e a precipitação; 
 
Após essa fase há formação da trajetórias de escoamento que são determinadas 
pelas linhas de maior declive de terreno e são influenciadas pelos objetos 
existentes. 
 
O escoamento para pontos mais baixos do terreno, ocorre em canalículos que 
formam a micro rede de drenagem. 
 
 
Torrentes ➔ São canalículos que são aumentados gradativamente pela ação da 
erosão; 
Rede de drenagem ➔ conjunto de cursos de água 
desde os pequenos córregos formados até o rio 
principal. 
Definições importantes Aula 04 
Os principais fatores que exercem influência no escoamento superficial são 
de natureza climática (relacionados à precipitação), fisiográficos 
(determinados pelo relevo da bacia) e decorrentes da ação antrópica (uso 
do solo e obras hidráulicas realizadas no rio e no seu entorno). 
FATORES QUE INFLUENCIAM O ESCOAMENTO 
SUPERFICIAL 
 a) Fatores climáticos 
 Os fatores de natureza climática que influenciam o escoamento superficial 
resultam das características de intensidade e duração da precipitação. 
 
 Complementarmente, o escoamento superficial é influenciado pelas 
condições de umidade conferida ao solo decorrente de uma precipitação 
anterior. Em relação a essas características, pode-se afirmar: 
 
Aula 04 
- quanto maior a intensidade da precipitação, mais rápido o solo atingirá a 
sua capacidade de infiltração, situação em que o excesso da precipitação 
poderá, então, escoar superficialmente; 
- a duração da precipitação tem influência direta no escoamento superficial: 
haverá tanto mais oportunidade de ocorrer escoamento superficial quanto 
maior for a duração da chuva; 
- a precipitação que ocorre quando o solo já está úmido, devido a uma 
chuva anterior, terá maior chance de produzir escoamento superficial. 
FATORES QUE INFLUENCIAM O ESCOAMENTO 
SUPERFICIAL 
Aula 04 
c) Obras hidráulicas construídas na bacia 
 
 Uma barragem, por exemplo, acumula a água em seu reservatório reduzindo as 
vazões máximas do escoamento superficial e retarda a sua propagação para 
jusante. 
Regularização das vazões: as águas reservadas nos 
períodos chuvosos podem permitir a manutenção de uma 
vazão aproximadamente constante a sua jusante, sobretudo 
nos períodos de estiagem. 
FATORES QUE INFLUENCIAM O ESCOAMENTO 
SUPERFICIAL 
b) Fatores fisiográficos 
 
Os fatores fisiográficos mais importantes a influenciar o escoamento superficial 
são a área e a forma da bacia hidrográfica, a capacidade de infiltração e a 
permeabilidade do solo, e a topografia da bacia. 
 
A influência da área da bacia hidrográfica é óbvia, pois esta corresponde à 
superfície coletora da água de chuva: quanto maior a sua extensão, maior a 
quantidade de água que a bacia pode captar. 
Aula 04 
COMPONENTES DO ESCOAMENTO DOS CURSOS DE ÁGUA 
Aula 04 
COMPONENTES DO ESCOAMENTO DOS CURSOS DE ÁGUA 
Aula 04 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O 
ESCOAMENTO 
As grandezas que caracterizam o escoamento superficial em uma bacia 
Hidrográfica são: 
 
❑A vazão do curso d’água principal; 
❑O coeficiente de escoamento superficial (run off) da bacia ou coeficiênte 
de deflúvio; 
❑A frequência; 
❑O tempo de concentração; 
❑Nível de água 
Aula 04 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O 
ESCOAMENTO 
Ainda, como elemento comparativo entre bacias é costume referir-se à vazão 
por unidade de área da bacia, chamada de vazão específica: 
 
 q = Q / A 
VAZÃO 
A vazão ou descarga superficial, Q, representa o volume de água que 
atravessa a seção transversal ao escoamento, na unidade de tempo. 
Aula 04 
❑Vazão normal 
❑Vazão de inundação ➔ ultrapassam o limite, a capacidade normal das secções de 
escoamento dos cursos de água; 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O 
ESCOAMENTO 
Rio Itajaí-Açu em Blumenau/SC: 
Aula 04 
EXEMPLO DO USO DAS VAZÕES NA GESTÃO DOS RECURSOS 
Áreas Inundáveis do Rio São Francisco - Juazeiro Petrolina - ANA Aula 04 
 
 ESTUDO DA VAZÃO DE CURSOS D’ÁGUA 
Há uma série de métodos para estimativa de cheias de cursos de água. 
Pode-se classifica-los: 
❑Fórmulas empíricas 
❑Método estatísticos; 
❑Métodos racional. 
O uso de fórmulas empíricas pode ser bastante questionada pois é 
necessário que os parâmetros numéricos utilizados levem em conta 
todos os fatores que influem no deflúvio superficial. 
Os métodos estatísticos levam sempre em consideração o período de 
recorrência (Tr), tempo de retorno, que é definido como sendo o 
intervalo médio de anos dentro do qual ocorre ou é superada uma dada 
cheia de magnitude Q. 
Aula 04 
METODO RACIONAL – Identificação de 
vazões 
Aula 04 
Coeficiente de defluvio ou run off e a drenagem 
❑Aspectos hidrológicos são de extrema importância para planejamento de 
sistemas de drenagem; 
❑O escoamento superficial é um dos mais importantes conceitos que direcionam 
as alternativas e a construção de dispositivos de drenagem; 
❑O método Racional é amplamente utilizado em vários paízes, para o 
dimencionamento de galeriais pluviais, bem como avaliação do defluvio 
superficial direto em áreas não servidas de obras de drenagem. 
Fórmula Racional: 
Q = Vazão ou deflúvio superficial direto, em m³/s; 
C = Coeficiente de run off ou de deflúvio, adimensional; 
A = área drenada em km². 
i = Intensidade média de precipitação sobre toda a área 
drenada, de duração igual ao tempo de concentração, 
em mm/hora 
 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O 
ESCOAMENTO 
O coeficiente de run off é dependente da declividade e do tipo de solo 
Aula 04 
O coeficiente de escoamento superficial, ou coeficiente de deflúvio 
superficial, ou ainda coeficiente de runoff, C, é definido pela razão do 
volume de água escoado superficialmente por ocasião de uma chuva, Vols, 
pelo volume total da água precipitada, VolT : 
COEFICIENTE DE DEFLÚVIO 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O 
ESCOAMENTO 
Importante para previsão da vazão de enchente produzida por 
uma chuva intensa. 
Aula 04 
❑O Coeficiente de escoamento superficial de uma bacia pode ser 
estimado pela ponderação do coeficiente de diferentes superfícies; 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O ESCOAMENTO Aula 04 
EXEMPLO 1 
O Rio Capibaribe é o principal rio que corta a cidade de Recife, ele nasce nas 
vertentes da Serra do Jacarará, a uma altitude de 1.100 metros, apresenta 248 
quilômetrosde extensão e sua bacia hidrográfica compreende uma área de 7.716 
quilômetros quadrados. 
Coeficiente Tipo de área Área 
0,38 Área rural 2.200 m² 
0,75 Urbanização média 2.357 m² 
0,80 Altamente urbanizada 3.159 m² 
a) Calcule a vazão de descarga da bacia para a chuva com a intensidade de 100 
mm/h. Considere um coeficiente de run off médio para a bacia e use o método 
racional. 
Aplicações do coeficiente de run off 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O 
ESCOAMENTO 
Aula 04 
Coeficiente de run off e o 
aproveitamento de água 
da chuva 
Aplicações do coeficiente de run off 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O ESCOAMENTO 
Considera-se para o dimensionamento de estruturas de abastecimento de 
água que um habitante de uma cidade consome cerca de 200 litros de água por 
dia. Qual é a área de captação de água da chuva necessária para abastecer uma 
casa de 4 pessoas em uma cidade com precipitações anuais de 1200 mm? 
Considere que a área de captação tem a utilização de telhas de cerâmica vermelha 
(C=0,85), e que os primeiros 10% de escoamento a cada evento de chuva sejam 
descartados por problemas com a qualidade da água (telhado sujo). 
EXEMPLO 2 
Norma de aproveitamento de água de chuvas e o 
coeficiente de runoff 
Importância do Run off 
EXEMPLO DE MÉTODOS 
O método mais utilizado no Brasil para o dimensionamento de reservatórios de água de chuva é o Método de 
Azevedo Neto. 
Considera-se para o dimensionamento de estruturas de 
abastecimento de água que um habitante de uma cidade 
consome cerca de 200 litros de água por dia. Tome como base os 
índices pluviométricos e dimensione um reservatório para as águas 
de chuva usando o método de Azevedo Neto. 
 
 Considere a área de captação com 200 metros quadrados, 4 
pessoas na residência e a utilização de telhas de cerâmica vermelha 
(C=0,85), e que os primeiros 10% de escoamento a cada evento de 
chuva sejam descartados por problemas de qualidade. 
EXEMPLO 3 
Média anual 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O 
ESCOAMENTO 
Frequência e período de retorno 
Para um dado intervalo de tempo de observação das vazões em uma 
seção do curso d’água, a frequência da vazão Qo representa 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 em que a vazão de 
magnitude Qo foi igualada ou superada no intervalo de tempo considerado. 
Aula 04 
➔É intervalo de tempo, contado a partir do início da precipitação, 
necessário para que toda a bacia hidrográfica passe a contribuir com a 
vazão na seção considerada. 
 
➔O tempo de concentração é o tempo que leva uma gota de água mais distante 
até o trecho considerado na bacia. 
Tempo de concentração 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O 
ESCOAMENTO 
 Área da bacia 
 Comprimento e declividade do canal mais longo 
 Comprimento ao longo do curso principal, desde o 
centro da bacia até a seção de saída considerada. 
Fatores que influenciam no tempo de concentração 
Aula 04 
Tempo de concentração 
Tempo que leva para que a água que choveu no ponto da bacia hidrográfica mais 
distante da foz posso chegar lá 
O nível de água refere-se, aqui, à altura atingida pela água na seção 
transversal do escoamento natural. 
 
É estabelecido sempre em relação a uma determinada referência. Pode ser 
um valor instantâneo ou corresponder à média tomada em determinado intervalo 
de tempo. 
Nível de água 
GRANDEZAS QUE CARACTERIZAM O ESCOAMENTO 
Referências - Básicas 
❑GARCEZ, L. N.; ALVAREZ, G. A. Hidrologia. 2. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 
2009. 
 
❑SOUZA PINTO, N. L.; HOLTZ, A. C. T.; MARTINS, J. A.; GOMIDE, F. L. S. 
Hidrologia básica. 11. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2008. 
 
❑GRIBBIN, J. Introdução à hidráulica, hidrologia e gestão de águas pluviais. 
Tradução da 4ª Edição. Cengage Learning, 2015. 
 
30