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Precipitação Professora: Dayana Freitas E-mail: dayanafandrade@yahoo.com.br Hidrologia Conteúdo Programático • Precipitação • Mecanismos de Formação das Precipitações • Tipos de Precipitação • Tipos de Chuvas - Chuvas Convectivas - Chuvas Frontais ou Ciclônicas - Chuvas Orográficas • Grandezas Características das Precipitações Conteúdo Programático • Medida da Precipitação Pluviométrica • Precipitações Médias Sobre uma Bacia Hidrográfica - Método da Média Aritmética - Método do Polígono de Thiessen - Método das Isoeitas Precipitação • Água proveniente do vapor de água da atmosfera depositada na superfície terrestre, de qualquer forma: chuva, neve, granizo, saraiva, orvalho ou geada; • Características principais: - Total precipitado - Duração - Variabilidade temporal e espacial • 100 mm de precipitação, pode ser pouco em um mês ou muito em um dia, ou em uma hora Precipitações anuais Importância •Quantificar a disponibilidade para os múltiplos usos. • Abastecimento doméstico, industrial e irrigação. •Controle de inundação. • Eventos extremos: secas e cheias. Mecanismos de Formação das Precipitações Mecanismos de Formação das Precipitações • Umidade atmosférica • Mecanismo de resfriamento – ascenção das massas de ar • Presença de núcleos higroscópicos – Ponto de saturação - condensação • Mecanismo de crescimento das gotas - Coalescência • Precipitação Tamanho das gotas • nuvem: 0,02 mm • chuva: 0,5 a 2 mm Tipos de Precipitação Precipitação A DIFERENÇA ENTRE AS FORMAS DE PRECIPITAÇÃO É O ESTADO EM QUE A ÁGUA SE ENCONTRA. • CHUVA: forma líquida. • NEVE: forma de cristais de gelo. • SARAIVA: forma de pequenas pedras arredondadas de gelo com diâmetro de d < 5 mm. • GRANIZO: pedras de gelo atingem d > 5 mm. • ORVALHO: condensação do vapor d’água do ar dos objetos que se resfriam durante a noite. • GEADA: deposição de cristais de gelo, semelhante ao orvalho, quando a T < 0°C. Tipos de Chuvas • Do ponto de vista do hidrólogo; • Chuva tem três mecanismos fundamentais de formação; • Formação das precipitações está ligada à ascensão de massas de ar que pode ser devida a fatores de: • Convecção térmica; • Relevo; • Ação frontal de massas. Tipos de Chuvas •Chuvas Convectivas •Chuvas frontais ou ciclônicas •Chuvas Orográficas Tipos de Chuvas • Formadas por ascensão de uma massa de ar úmido em regiões quentes • Comuns em áreas quentes e úmidas – Regiões Equatoriais Chuvas Convectivas Chuvas de grande intensidade, pequena duração, restritas a áreas pequenas. • Podem provocar importantes inundações em pequenas bacias • Importante para a drenagem urbana Chuvas Frontais ou Ciclônicas • Associada a instabilidade • Encontro de duas massas de ar com características térmicas diferentes (fria e quente) Grande duração, atingindo grandes áreas e intensidade média • Comum nas médias latitudes, principalmente no inverno • Podem produzir cheias em grandes bacias Chuvas Orográficas Chuvas orogênicas ou de relevo • Ascensão forçada de ventos úmidos ante um obstáculo – relevo • Ar obrigado a se elevar para transpor o obstáculo • Resfria-se e fica saturado e precipita-se Chuvas de pequena intensidade e grande duração, que cobrem pequenas áreas. CONVECTIVAS • Grande intensidade • Pequena duração • Abrange pequenas áreas • Típicas de regiões equatoriais FRONTAIS ou CICLÔNICAS: • Intensidade média • Grande duração • Abrange grandes áreas • Comum nas médias latitudes, principalmente no inverno OROGRÁFICAS • Pequena intensidade • Grande duração • Abrange pequenas áreas • Podem provocar importantes inundações em pequenas bacias • Importante para drenagem urbana • Podem produzir cheias em grandes bacias Grandezas Características das Precipitações Grandezas Características das Precipitações • Altura de precipitação (h): Espessura média da lâmina de água precipitada que recobriria a região, admitindo- se que essa água não infiltrasse, evaporasse e/ou escoasse para fora dos limites da região. Dada em : mm • Duração (t): Intervalo de tempo decorrido entre o início e término da precipitação. Dada em: min, h • Intensidade (i): Relação entre a altura pluviométrica (h) e a duração (t) da precipitação. Dada em: mm/h ou mm/min >>> i = h / t Altura pluviométrica (h) • Normalmente é expressa em milímetros (mm). h = volume precipitado/área de captação • Se 1 litro de água for captado por uma área de 1m², o h será 1 mm. • h = volume/área = 1L/1m² = 1000 cm³/10000 cm² = 0,1 cm = 1mm Grandezas Características das Precipitações Frequência (freq) • Número de vezes que determinada chuva acontece • Adimencional Período de retorno ou Tempo de Retorno (TR) • Tempo, em anos, em que determinada chuva supera ou se iguala a anterior, ou seja, volta a acontecer • É sempre dado em anos Probabilidade de ocorrência de uma chuva • É a possibilidade que uma dada chuva possa vir a ocorrer • Está relacionada com o período de recorrência Período de recorrência (TR) Medida da Precipitação Pluviométrica Medida da Precipitação Pluviométrica •Medida da chuva é feita pontualmente em estações meteorológicas Estação Pluviográfica Medida da Precipitação Pluviométrica •Mede-se convencionalmente a precipitação, por meio de aparelhos chamados: •Pluviômetro •Pluviógrafo •Radar • Satélites Medidas Pontuais (Séries Históricas) Medidas espaciais Medida da Precipitação Pluviométrica • Pluviômetro • Recipiente metálico; • Superfície de captação horizontal delimitada por um anel metálico; • Volume capaz de conter as maiores precipitações possíveis em um intervalo de 24 horas; • Leitura diária às 7 horas • Vários modelos de pluviômetros em uso no mundo; (diferem pelos detalhes construtivos) • No Brasil o mais difundido é o do tipo “Ville de Paris” Medida da Precipitação Pluviométrica •Pluviômetro “Ville de Paris” Área de captação de 400 cm2 Medida da Precipitação Pluviométrica Cuidados na Instalação Obstáculos podem mascarar os dados pluviométricos coletados D > 2 metros Cuidados a serem tomados - Cerca de Proteção - Manutenção do Equipamento •Pluviógrafos – Equipamentos Registradores •Medição; •Registro; • Transmissão. •Área receptora padrão: 200 cm² • Tipos: •Basculantes; •De peso; • Flutuador. Medida da Precipitação Pluviométrica •Pluviógrafos – Equipamentos Registradores •Medição; •Registro; • Transmissão. •Área receptora padrão: 200 cm² • Tipos: •Basculantes; •De peso; • Flutuador. Medida da Precipitação Pluviométrica •Pluviógrafo Com registro impresso Medida da Precipitação Pluviométrica •Pluviógrafo Basculante Medida da Precipitação Pluviométrica Com registro digital •Pluviógrafo de peso • A unidade sensível deste tipo de instrumento consiste em uma balança auto-equilibrada Medida da Precipitação Pluviométrica •Pluviógrafo Flutuador Medida da Precipitação Pluviométrica PLUVIOGRAMA •Gráficos produzidos pelos pluviógrafos IETOGRAMA Representação gráfica que estabelece a relação entre a quantidade de chuva e o tempo IETOGRAMA Precipitação média mensal no Posto Olinda 199 (2003 – 2013) APAC, 2013 Radar Meteorológico •Usado para rastrear a formação e evolução de nuvens, nevoeiros e precipitação. Radares Meteorológicos no Brasil • No Brasil atualmente existem mais de vinte radares meteorológicos que pertencem a diversas instituições. • A Figura ao lado mostra a distribuição dos radares em território brasileiro e inclui doisradares pertencentes à Argentina. Resumo das Medições da Chuva • Pluviômetros • Pluviógrafos • Radar • Satélites Precipitações Médias Sobre uma Bacia Hidrográfica Precipitação média numa bacia •Precipitação = variável com grande heterogeneidade espacial Precipitações Médias Sobre uma Bacia Hidrográfica Métodos: •Média Aritmética •Método dos Polígonos de Thiessen •Método das Isoietas Média Aritmética MÉDIA ARITMÉTICA 66 mm 50 mm 44 mm 40 mm 42 mm Pmédia = S hi/n Calcule a precipitação média na bacia hidrográfica pelo método da média aritmética. MÉDIA ARITMÉTICA 66+50+44+40 = 200 4 4 Pmédia = 50 mm 66 mm 50 mm 44 mm 40 mm 42 mm OBS: Método da Média Aritmética não considera precipitação fora do divisor Método mais simples MÉDIA ARITMÉTICA 50+70 = 120 2 2 Pmédia = 60 mm OBS: Forte precipitação junto ao divisor não está sendo considerada Problemas da média Método dos Polígonos de Thiessen POLÍGONOS DE THIESSEN 50 mm 120 mm 70 mm Áreas de influência de cada um dos postos n i ii PaAP 1 /1 ai = fração da área da bacia sob influencia do posto i Pi = precipitação do posto i DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN 50 mm 120 mm 70 mm 82 mm75 mm • Linha que une dois postos pluviométricos próximos 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Linha que divide ao meio a linha anterior 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Região de influência dos postos 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Linhas que unem todos os postos pluviométricos vizinhos 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Linhas que dividem ao meio todas as anteriores 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Influência de cada um dos postos pluviométricos 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Influência de cada um dos postos pluviométricos 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Influência de cada um dos postos pluviométricos 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm • Influência de cada um dos postos pluviométricos 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Influência de cada um dos postos pluviométricos 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Influência de cada um dos postos pluviométricos 40 km² 30 km² 15 km² 10 km² 5 km² 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Áreas de Influências de cada posto pluviométrico Área Total da Bacia = 100 km² 40% 30% 15% 10% 5% 50 mm 120 mm 70 mm 75 mm 82 mm DEFINIÇÃO DOS POLÍGONOS DE THIESSEN • Porcentagem de Influência de cada um dos postos pluviométricos Área Total da Bacia = 100 km² Altura da chuva (mm) 120 70 50 75 82 Área de influência (km2) 15 40 30 5 10 Exercício Conhecidas as alturas (h) de uma chuva ocorrida em uma bacia hidrográfica conforme tabela abaixo, calcule a precipitação média na bacia hidrográfica usando o método de Thiessen. Pm = 𝐴1𝑃1 + 𝐴2𝑃2 + 𝐴3𝑃3 +⋯+ 𝐴𝑛𝑃𝑛 𝐴 70 mm 50 mm 120 mm 82 mm75 mm Pmédia = (120x15)+(70x40)+(50x30)+(75x5)+(82x10) 100 Pmédia = 72,95 mm Área total = 100 km² Altura da chuva (mm) 120 70 50 75 82 Área de influência (km2) 15 40 30 5 10 Exercício Conhecidas as alturas (h) de uma chuva ocorrida em uma bacia hidrográfica conforme tabela abaixo, calcule a precipitação média na bacia hidrográfica usando o método de Thiessen Pm = 𝐴1𝑃1 + 𝐴2𝑃2 + 𝐴3𝑃3 +⋯+ 𝐴𝑛𝑃𝑛 𝐴 Método das Isoietas Isoietas • Isolinhas de mesma precipitação • Obtidas através da interpolação de dados de postos pluviométricos • Apresentadas em mapas. • Semelhante à curvas de nível para chuvas Silva et al. 2010 Isoietas Isoietas Isoietas médias anuais em Pernambuco Fonte: Pernambuco, 2006. Isoietas anuais em Pernambuco Isoietas anuais em Pernambuco Método das Isoietas • Traça as isoietas que são linhas de mesma precipitação com base nos postos existentes; • Calcula a área entre isoietas, onde a precipitação média entre isoietas é representativa da área. i i 1 i i P P A ( ) 2Pm A Exercício Determinar a precipitação média na bacia hidrográfica representada na figura, em que se indicam as isoietas em ano médio e as áreas por elas definidas. i i 1 i i P P A ( ) 2Pm A Exercício i i 1 i i P P A ( ) 2Pm A Pm= [ 900+800 2 12 + 800+750 2 15 + 750+700 2 15 + 700+600 2 20 + 600+500 2 12] 74 Atotal = 74 km² Pmédia = 706,75 mm Pm = (10200 + 11625 + 10875 + 13000 + 6600) 74 Obrigada! dayanafandrade@yahoo.com.br
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