AULAS 9 e 10 HiIDROMETEREOLOGIA

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Curso:ENGENHARIA CIVIL 
Disciplina: HIDROLOGIA
Professora: Nyadja Menezes
Email: nrodrigues@favip.com.br
Carga horária
72 h
Turno
Noite
Semestre/Ano
01/2015
EMENTA:
Ciclo hidrológico;Bacia hidrográfica.
Elementos de hidrometereologia;
Elementos de estatística;
Precipitação;
Interceptação;
Evaporação e Evapotranspiração;
Água Subterrânea;
Infiltração e Armazenamento de água no solo;
Escoamento superficial e em rios e reservatórios;
Aquisição e processamento de dados.
Vazão máxima e hidrograma de projeto
Controle enchentes;
Gestão dos Recursos Hídricos.
ELEMENTOS DE 
HIDROMETEREOLOGIA
O escoamento superficial das águas normalmente é medido ao longo dos
cursos d’água, criando-se séries históricas que são extremamente úteis para
diversos estudos e projetos de Engenharia.
No planejamento e gerenciamento do uso dos recursos hídricos, o
conhecimento das vazões é necessário para se fazer um balanço de
disponibilidades e demandas ao longo do tempo.
Em projetos de obras hidráulicas, as vazões mínimas são importantes para se
avaliar, por exemplo, calado para navegação, capacidade de recebimento de
efluentes urbanos e industriais e estimativas de necessidades de irrigação; as
vazões médias são aplicáveis a dimensionamentos de sistemas de
abastecimento de águas e de usinas hidrelétricas; as vazões máximas, como
base para dimensionamento de sistemas de drenagem, entre outras tantas
aplicações.
HIDROMETRIA
Sem as informações básicas de vazões, os projetos de aproveitamento de
recursos hídricos tendem a ser menos precisos, conduzindo a resultados
duvidosos, que ora tendem a ser extremamente conservadores e custosos, ora
a serem de risco superior ao admitido.
A descrição dos processos de medição de vazões em cursos d’água visa
também demonstrar as incertezas envolvidas nas medições e nos cálculos,
alertando o usuário do dado sobre as incertezas que ele deve incorporar a
seus estudos.
As medições de vazão são feitas periodicamente em determinadas seções
dos cursos d’água (as estações ou postos fluviométricos). Diariamente ou de
forma contínua medem-se os níveis d’água nos rios e esses valores são
transformados em vazão por meio de uma equação chamada de curva–
chave.
Réguas Limnimétricas
Medição de nível
Uma régua limnimétrica nada mais é do que uma escala graduada em cm,
geralmente com 1 m de comprimento, feita de madeira, metal ou concreto,
nivelada em relação a um datum (fundo do curso d’água), onde é feita a leitura
de cotas, numa rotina definida pelo órgão responsável pela operação dos
postos fluviométricos.
Limnígrafo de Bóia
MEDIÇÃO DE NÍVEL
Importante: bastantes úteis em situações em que
este nível apresenta variações significativas em um
curto espaço de tempo.
Tipos: bóia, pressão ou ultrassônico.
Limnígrafos
Limnígrafos de Bóia: Estes limnígrafos apresentam
um flutuador preso a um cabo ou fita de aço que
transmite o seu movimento (decorrente da variação
do nível d’água) a um eixo. Este eixo, por sua vez,
desloca um estilete munido de uma pena sobre um
gráfico de papel. Ao mesmo tempo, um mecanismo
de relógio faz o gráfico avançar na direção
perpendicular ao movimento da pena, a uma
velocidade constante, registrando a variação do
nível de água ao longo do tempo.
Equipamentos automáticos – registro do nível de água contínuo ao longo do 
tempo.
na Margem do Curso d’Água
LIMNÍGRAFO COM TUBULÃO INSTALADO :
no do Curso d’Água
LIMNÍGRAFO X RÉGUAS LIMNIMÉTRICAS
Problemas no limnígrafo:
- Relógio mal regulado ou impreciso;
- Perfuração da bóia;
- Entrada de água no aparelho de registro;
- Falha das engrenagens;
- Oscilações rápidas do rio provocando borrões no gráfico.
Limnígrafo  acompanhamento de série de réguas (leituras diárias 
complementares = 7:00 e 17:00)
• Detectar erros do limnígrafo;
• Auxiliar na interpretação do hidrograma;
• Substituir o limnígrafo em caso de avaria no aparelho
• Volumétrico 
• Calha Parshall
• Vertedor 
• Ultrassônico
• Químico
• Molinete
Tipos de Medição de Vazão :
Diversos métodos de medida de vazão são utilizados, principalmente, de acordo 
com as dimensões do curso d'água e com a precisão desejada para a medida.
MEDIÇÃO DE VAZÃO
MEDIÇÃO DE VAZÃO
Medição Volumétrica
– Conceito de que vazão = V/ t
– Marca-se o tempo para preencher um volume conhecido
– Aplicável para pequenas vazões
– Aplicável onde a água pode ser recolhida
A medição de vazão em cursos d’água é realizada, normalmente, 
de forma indireta, a partir da medição de velocidade ou de nível. 
As vazões em cursos d’água podem ser medidas por meio de
dispositivos hidráulicos, que possuem geometria simples e bem
definidas, como os vertedores e a calha Parshall.
Como as medidas desses dispositivos são padronizadas, as
relações cota x vazão, obtidas em ensaios experimentais, podem ser
facilmente transportadas para as condições encontradas em campo.
Vertedores ou Calhas 
Os vertedores são estruturas relativamente simples, porém de grande
importância prática, sendo utilizados na medição de vazão em numerosas
construções hidráulicas, como estações de tratamento de água e esgoto,
barragens, córregos, etc.
VERTEDORES
Pequenas vazões
Vertedores e Calha Parshall
Calha PARSHALL
A calha Parshall é uma estrutura que apresenta uma relação bem definida
entre níveis de água e vazões, sendo construídas por dimensões
padronizadas, de modo que a medição do nível de água em sua estrutura
permite obter a vazão por meio de tabelas padronizadas.
Calha Parshall instalada na bacia experimental do 
rio do Cedro, Bahia.
Esse instrumento, que funciona com base no efeito Doppler, é utilizado para
medir as velocidades das partículas das correntes de água a diferentes
profundidades e determinar a vazão em seções transversais de rios, através do
somatório de sucessivos perfis de corrente obtidos em tempo real.
ADCP - Acoustic Doppler Current ProfiIer 
Método Ultrassônico Perfiladores de efeito Doppler
Sucesso, para medir vazões em cursos d’água, especialmente em estuários
e em grandes rios.
O cálculo das velocidades e profundidade de cada vertical é realizado em
questão de segundos, assim a medição é feita com o barco em movimento,
traçando um curso o mais transversal possível na seção medida.
A vazão é determinada automaticamente pelo aparelho em um computador
portátil, possibilitando também ao operador avaliar, em tempo real, a
distribuição das velocidades na seção e o traçado do fundo do canal.
Perfiladores de efeito Doppler
MÉTODO QUÍMICO
Este método é bastante usado em rios montanhosos, que, devido às suas
características (grande turbulência, pouca profundidade e leito muito irregular),
tornam inviável o uso de molinete.
No método químico, injeta-se no rio uma certa quantidade de solução de um
produto químico (em geral, bicarbonato de sódio) e determina-se o nível de
concentração dele na água a certa distância da jusante, o suficiente para que o
rio torne homogênea a mistura solução-água.
Assim, é possível determinar sua vazão na seção de medição. Basicamente, 
existem dois métodos químicos clássicos em uso:
A) Método da injeção contínua
B) Método da integração
A) Método da injeção contínua: injeta-se no rio uma vazão constante da solução 
química, podendo-se obter a vazão dele através da expressão:
B) Método da integração: consiste em verter, de qualquer maneira, um 
volume conhecido da solução no rio, realizando-se, em seguida, coletas de 
amostras durante todo o tempo de passagem da solução diluída na jusante. 
Neste caso, a vazão será dada por:
.






 1
Cr
Cs
qQ


t
0
dtCr
CsV
Q
Q = vazão do rio (m3/s)q = vazão da solução salina (l/s)
Cs = concentração da solução (g/l)
Cr = concentração de sal na água (mg/l)
Método Químico
Molinetes
Quando a colocação de um vertedor retangular se torna difícil, devido às
dimensões relativamente grandes do curso de água, utiliza-se da medida da
velocidade do escoamento para a determinação da vazão.
Molinete é um aparelho que dá a velocidade local da água através da medida
do número de revoluções da hélice.
Tipos de medição de vazão com molinete
• A vau
• Sobre ponte 
• Com teleférico (cabo)
• Com barco fixo 
• Com barco móvel
Este método é aplicado a medições com nível d’água não superior a 1,20 m e
velocidade compatível com a segurança do operador. Consiste em prender o
molinete numa haste, sempre tomando o cuidado de mantê-lo a uma distância
mínima do leito (aproximadamente 20 cm)
Tipos de medição de vazão com molinete
A vau
Medição a vau
Apesar de apresentar certa facilidade para uma medição de vazão com
molinete, a seção de uma ponte pode interferir na velocidade do escoamento.
Se a ponte possui pilares apoiados no leito do rio, o escoamento é alterado e
pode provocar erosão no leito.
A determinação da geometria da seção é mais complicada. Uma alternativa
seria afastar ao máximo o molinete da ponte através de suportes, fazendo-se
assim as medições numa seção menos influenciada.
Sobre ponte
Tipos de medição de vazão com molinete
No caso de não se dispor de pontes e o rio ser profundo, mas não muito largo, 
pode-se utilizar o recurso do teleférico para levantar o perfil de velocidades. Há 
casos também em que há material transportado pelo rio (toras), sendo aplicado 
este método para a segurança do operador.
Com teleférico (cabo)
Tipos de medição de vazão com molinete
Num rio como o do item anterior (desde que não haja material de grande porte 
transportado) pode-se também utilizar o recurso do barco fixo. O barco é preso 
nas margens do rio através de cabos, sendo este o método mais comum de 
medição com molinete.
Com barco fixo 
Tipos de medição de vazão com molinete
Os molinetes são acompanhados de um certificado de calibragem, que
contem a equação a ser utilizada no cálculo da velocidade a partir do
número de rotações por segundo, de acordo com a seguinte fórmula:
V = n.a + b
sendo:
V = velocidade do fluxo no ponto de medição (m/s);
n = número de rotações por segundo da hélice;
a e b = constantes, sendo a o “passo da hélice” e b a “velocidade de atrito”. 
MOLINETES
Os molinetes são instrumentos projetados para girar em velocidades diferentes 
de acordo com a velocidade da água. 
A relação entre velocidade da água e velocidade de rotação do molinete é a
equação do molinete (fornecida pelo fabricante), porém deve ser verificada
periodicamente, porque pode ser alterada pelo desgaste das peças.
A velocidade da água é, normalmente, maior no centro de um rio do que junto às 
margens. Da mesma forma, a velocidade é mais baixa junto ao fundo do rio do 
que junto à superfície. 
Perfil de velocidade
Perfil de velocidade típico e pontos de medição recomendados
Seção transversal com indicação de verticais onde é medida a velocidade
Para obter uma boa estimativa da velocidade média é necessário medir
em várias verticais, e em vários pontos ao longo das verticais, de acordo
com as figuras abaixo.
Portanto, a medição de vazão está baseada na medição de
velocidade em um grande número de pontos. Os pontos estão
dispostos segundo linhas verticais com distâncias conhecidas da
margem (d1, d2, d3, etc.) (figura abaixo).
Exemplo de medição de vazão em uma seção de um rio, com a indicação das 
verticais, distâncias (d) e profundidades (p) – os pontos indicam as posições em 
que é medida a velocidade no caso de utilizar apenas dois pontos por vertical.
MEDIDA DA ÁREA DA SEÇÃO E DETERMINAÇÃO DA ÁREA DE
INFLUENCIA
A profundidade numa vertical é medida através do próprio elemento sustentador
do molinete, seja ele uma haste graduada (a partir do fundo) ou cabo (a partir da
superfície da água).
Em rios muito profundos e/ou com altas velocidades de escoamento onde a
medição com cabos e lastros torna-se inaplicável, pode-se utilizar recursos como
a batimetria e os sonares.
A distância horizontal entre as margens pode ser determinada através de cabo
graduado ou teodolitos.
As verticais onde se levantam os perfis de velocidades não devem ser muito
próximas (custo adicional sem ganho considerável de informações), assim como
também não devem ser muito distantes (perda da representatividade do modelo).
A integração do produto da velocidade pela área é a vazão do rio.
Considera-se que a velocidade média calculada numa vertical é válida
numa área próxima a esta vertical de acordo com a figura abaixo.
Detalhe da área que é 
válida a velocidade 
média a vertical 2.
A área de uma sub-seção, como na figura acima é calculada por:
O índice i indica a vertical que está sendo considerada; p é a profundidade; d é a 
distância da vertical até a margem.
A área da sub-seção da vertical 2 é dada por:
As pequenas áreas próximas às margens que não são consideradas
nas sub-seções da primeira nem da última vertical (figura abaixo) não
são consideradas no cálculo da vazão.
Assim, a vazão total do rio é dada por:
Q é a vazão total do rio; vi é a velocidade média da vertical i; N é o número de 
verticais e Ai é a área da sub-seção da vertical i.
As áreas sombreadas junto às margens são desprezadas no cálculo da vazão
Pontos Posição na vertical Velocidade média Profundidade 
do rio
1 0,6 P Vm=V(0,6) 0,15 a 0,6 m
2 0,2 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2 0,6 a 1,2 m
3 0,2 0,6 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+2.V(0,6)+V(0,8)]/4 1,2 a 2,0 m
4 0,2 0,4 0,6 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+2.V(0,4)+2.V(0,6)+V(0,8)]/6 2,0 a 4,0 m
6 Sup; 0,2 0,4 0,6 0,8P 
e Fundo
Vm=[Vs+2(V(0,2)+V(0,4)+V(0,6)+V(0,8))
+Vf]/10
> 4,0 m
Perfil de velocidade
Pontos Posição na vertical Velocidade média Profundidade 
do rio
1 0,6 P Vm=V(0,6) < 0,6 m
2 0,2 e 0,8 P Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2 >0,6 m
Recomendações método simplificado
Recomendações método detalhado
Número de verticais
Largura do rio (m) Distância entre 
verticais (m)
Número de 
verticais
 3 0,3 10
3 a 6 0,5 6 a 12
6 a 15 1 6 a 15
15 a 30 2 7 a 15
30 a 50 3 10 a 16
50 a 80 4 12 a 20
80 a 150 6 13 a 25
150 a 250 8 18 a 30
 250 12 > 20
Exemplo – Uma medição de vazão realizada em um rio teve os resultados da
tabela abaixo. A largura total do rio é de 23 m. Qual é a vazão total do rio? Qual é
a velocidade média?
Para cada uma das verticais de medição é determinada a área da sub-seção 
correspondente. 
Considera-se, para isso, que as velocidades medidas na vertical ocorrem em
uma região retangular de profundidade pi e largura 0,5x(di+1 – di-1) .
A vazão total é dada pela soma das vazões de cada sub-seção.
A vazão total é de 23,16 m3.s-1. Este valor pode ser arredondado para 23,2 
m3.s-1 porque normalmente os erros das medições de velocidade, distância e 
profundidade não justificam tanta precisão.
A velocidade média é igual à vazão total dividida pela área total, ou seja,
A velocidade média é de 0,62 m.s-1.
A área de influência multiplicada pela velocidade média do escoamento
na mesma resulta a vazão neste elemento.
Área de influência de um perfil de velocidades
A área de influência Ai de um determinado perfil de velocidades vi é formada pela 
soma de duas áreas trapezoidais, como indica a figura acima.
Exemplo - Com a folha de medição de descargas fornecida, calcular a vazão do rio 
sabendo-se que cada contagem de rotações do molinete foi feita em 50 segundos. A 
curva de calibração do aparelho segue abaixo:v = 0,2465 n + 0,013 para n ≤ 0,69 ; v = 0,2595 n + 0,004 para n > 0,69 ;
Determinando-se a freqüência de rotação do eixo (n) com base no tempo 
de exposição do molinete (50 s) e utilizando-se sua curva de calibração, 
obtemos a velocidade.
Assim,
Portanto,
Para se obter a vazão do rio, soma-se as vazões de todas as parcelas 
contribuintes.
A vazão corrigida difere muito pouco da vazão calculada. O erro cometido (2%)
é menor que a precisão dos métodos de obtenção do perfil de velocidades
(~10%), o que torna aceitável a aproximação feita anteriormente.
Curva-chave
A relação biunívoca cota-vazão de um rio se mantém ao longo do tempo desde 
que as características geométricas do mesmo não sofram variação. 
Curva-chave é uma relação nível-vazão numa determinada seção do rio. Dado o 
nível do rio na seção para a qual a expressão foi desenvolvida, obtém-se a 
vazão. Não é apenas o nível da água que influencia a vazão: a declividade do rio, 
a forma da seção (mais estreita ou mais larga) também alteram a vazão, ainda 
que o nível seja o mesmo.
Entretanto, tais variáveis são razoavelmente constantes ao longo do tempo para 
uma determinada seção. A única variável temporal é o nível. Desta forma, uma 
vez calibrada tal expressão, a monitoração da vazão do rio no tempo fica muito 
mais simples e com um custo muito menor.
Pode-se aproximar a curva-chave, relação Q x H, por uma expressão do tipo:
a, b e H0 são parâmetros de ajuste; H é o nível do rio; Q é a vazão;
Como as cotas são tomadas com relação a um referencial arbitrário (fixado e 
materializado na superfície), H0 constitui um parâmetro desconhecido, que 
poderia ser entendido como sendo a leitura do NA na régua para o qual a 
vazão é nula.
Assim, H0 pode assumir valores positivos ou negativos, dependendo da 
posição do zero da escala com relação ao fundo do rio.
curva-chave do rio Paraíba a partir dos pares cota-descarga da tabela abaixo
Exemplo
Validade da Curva-Chave
Variação da Curva-Chave com o Tempo
O fato de a curva-chave estar intimamente ligada às características hidráulicas da 
seção de controle implica na variação da expressão matemática quando há uma 
variação nestas constantes. 
Alterações na geometria da seção ou na declividade do rio geradas por erosões 
ou assoreamento ao longo do tempo causam mudanças na velocidade do 
escoamento e nas relações entre área, raio hidráulico e profundidade, afetando a 
relação cota-descarga.
Alteração da seção ao longo do tempo e conseqüente reflexo na curva cota-descarga
Validade da Curva-Chave
Extrapolação da Curva-Chave
Em geral as medições não contemplam valores extremos de vazões. Assim, para 
se estimar vazões mais altas ou mais baixas recorremos à extrapolação. No 
entanto, deve-se tomar cuidado com a forma da seção em função da altura, como 
mostra a Figura abaixo. As curvas que relacionam raio hidráulico e área com o 
nível d’água podem sofrer variações bruscas no comportamento, gerando 
grandes erros na estimativa.
Extrapolação equivocada da curva-chave (....) e comportamento real (__)
Medições – postos hidrométricos
- Seção de medição (medição de descarga)
- Seção linimétrica (medição de cota)
- Seção de controle hidráulico
(seção onde se determina a relação h x Q)
Seção em regime crítico ou escoamento uniforme (trechos regulares)
+ 
conjunto de características físicas 
( natureza, recobrimento vegetal das margens)
 Lugar de fácil acesso;
 Seção com forma regular;
A regularidade da seção facilita a operação de levantamento 
dos pares cota-vazão, diminuindo assim a possibilidade de erros 
na determinação da curva-chave.
 Trecho retilíneo e com declividade constante;
A localização da seção num trecho retilíneo e com declividade 
constante significa que o escoamento possui um 
comportamento relativamente uniforme nas suas imediações. 
Isso facilita as medições a serem realizadas, não havendo 
perturbações no escoamento devido a meandros ou ressaltos 
decorrentes da variação de declividade.
 Margem e leito não erodíveis;
Garante a integridade da geometria levantada para a seção por 
longo tempo.
Assim, ao se escolher uma seção para controle, esta deve seguir alguns princípios:
 Velocidades entre 0,2 e 2 m/s;
Esta faixa de velocidades é importante para a medição da vazão,
minimizando os erros das medições.
 Controle por regime uniforme;
O regime uniforme garante a constância das características hidráulicas
do escoamento (nível, velocidade, declividade, área da seção) ao longo
do trecho onde se localiza a seção.
 Controle por regime crítico ou fluvial;
O regime fluvial classifica o escoamento como lento. O regime crítico
abrange a faixa de velocidades que faz a transição entre o regime fluvial
ou lento e o regime torrencial ou rápido. O escoamento na seção deve
ser fluvial ou no máximo crítico. Cada classificação possui uma
expressão que relaciona a vazão com as outras variáveis envolvidas,
mostrados adiante.
 Regime permanente;
Todas as medições devem ser feitas na situação de regime permanente
(as características hidráulicas não variam durante a medição).
Localização da seção medição e leitura da régua
• Trecho com seção 
aproximadamente uniforme do 
rio
• Trecho em reta, sem curvas
• Leito fixo, com baixa mobilidade
• Sem obstrução ou controle de 
jusante como pontes, 
estreitamento, lagos e oceano
• Próximo da residência do 
observador
• Seção de fácil medição de 
vazão
Seção de 
leitura
Seção de 
medição
Lance 
de 
régua