ATPS Hidrologia - Conteu00FAdo

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DESAFIO
A rede de drenagem urbana de águas pluviais é constituída por um conjunto de componentes, (rua-sarjeta, bocas de lobo, tubos de ligação, caixa de ligação, galerias), destinados a coletar e conduzir as águas de chuva para locais adequados, de modo a preservar os patrimônios urbano público e privado, e principalmente, garantir a segurança dos cidadãos.
Para se projetar e dimensionar uma rede de drenagem urbana de águas pluviais é necessário conhecer como são formadas e distribuídas as chuvas numa bacia hidrográfica, estar capacitado para calcular as precipitações médias sobre a bacia hidrográfica, e calcular a intensidade média das chuvas. Além desses conteúdos, o estudante deve estar preparado para quantificar as vazões referentes às águas de chuvas que chegam a determinada secção do canal de drenagem pelo escoamento superficial, assim como saber computar as vazões de projeto.
Portanto, o desafio para o estudante de hidrologia é: primeiro, aprender os conteúdos pré-requisitos, e a seguir, desenvolver o projeto de drenagem urbana.
O aluno ao final do desafio deverá apresentar um projeto de drenagem urbana em escala e em formato de papel compatível, contemplando as seguintes exigências:
a) Indicação dos trechos que terão bocas de lobo e galerias.
b) Posições das bocas de lobo, dos poços de visita, e das caixas de ligação.
c) Representação gráfica dos perfis das galerias.
d) Detalhes dos poços de visita, das bocas de lobo, e das caixas de ligação.
e) Memórias de cálculos.
f) No desenho, deverá conter uma legenda padronizada contendo o nome da faculdade, o nome do empreendimento, nomes dos alunos, registros acadêmicos.
OBJETIVO DO DESAFIO
Entrega de um projeto completo de uma rede de drenagem de águas pluviais.
ETAPA 1 
Aula-tema: Tipos de chuvas naturais.
Esta atividade é importante para que vocês possam:
a) Distinguir os tipos de chuvas que ocorrem com mais frequência na região.
b) Associar os tipos de chuvas com a duração, intensidade, e abrangência.
c) Associar os tipos de chuvas com as seguintes catástrofes: enchentes e deslizes de encostas, e erosões em geral.
d) Associar os tipos de chuvas com as suas importâncias para as obras hidráulicas.
Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.
PASSOS
Passo 1 
Ler o item (1.4) capítulo 1 do Livro-texto (Apostila). COIAD0, Evaldo Miranda. Hidrologia & Rede de Drenagem de Águas Pluviais. Apostila do Curso Hidrologia. Biblioteca da Faculdade Politécnica de Jundiaí e disponibilizado na Sala Virtual. 2010.
Passo 2
Consultar os seguintes sites, disponíveis em:
<www.cepen.com.br/chuvas.htm>. Acesso em: 10 maio 2011.
<www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Dren02.html>. Acesso em: 10 maio 2011.
<www.google.com.br >. Acesso em: 10 maio 2011.
Entrar com as palavras: “tipos de chuva”.
Passo 3 
Apresentar um texto contendo os tipos de chuvas associando-os à intensidade, duração, abrangências quanto à área e grau de importâncias para as obras hidráulicas. Destacar o tipo de chuva que mais influencia nas enchentes e deslize de encostas.
TIPOS DE CHUVA
Chuva Convectiva
Ocorre quando a massa de ar quente eleva-se até às camadas mais frias da atmosfera. Ou seja, a massa de ar quente, carregada de vapor d’água, sobe para camadas mais elevadas e frias. Assim, a água, no estado gasoso, sofre uma condensação, precipitando-se na forma líquida.
Esse processo é descrito por Coiado (2010) da seguinte maneira: o ambiente é Aquecido pela manhã nas camadas inferiores da atmosfera; expandindo de acordo com o grau de aquecimento e condensação o vapor da água na medida que a temperatura vai decrescendo, determinando assim a precipitação à tarde, em virtude do menor aquecimento da superfície terrestre e mesmo em virtude da ação das chuvas, diminui o processo convectivo, com diminuição de suprimento de umidade e consequente paralisação das chuvas.
Ficam assim, resumidamente as precipitações ocorridas no periodo da tarde que são muito intensas do que as temperaturas iniciais na superfície da terra, de forma que a quantidade de umidade atmosférica no local e o grau de decrescimento da temperatura do ar vão se elevando. 
As chuvas convectivas possuem curta duração e grande intensidade, atingindo pequenas áreas.
Características: típica chuva de verão, com grande intensidade e curta duração (é menos comum no inverno). Pode produzir ventos locais e muitos raios.  Ocorre pela formação de "corredores" verticais de ar, provocados pela elevação de massas de ar quente. 
Chuva orográfica 
Coiado (2010) afirma que nas regiões de chuvas de relevo, ocorrem quando há um encontro de ventos quentes e úmidos com áreas do relevo elevadas, como montanhas onde existem variações bruscas de altitude. 
As massas úmidas, que vão secando à medida que ascendem, e aumentam a precipitação com o acesso até certo ponto, onde passam a diminuir a precipitação por carência de umidade, originando nas áreas de climas áridos (reduzido o grau de pluviosidade). Por isso pode-se dizer que as chuvas orográficas crescem com as altitudes até certo ponto, passando a decrescer, mesmo com o aumento de altitude, desde que lhe falte suprimento de umidade.
O fato como esse ocorre na Argentina, onde funcionam como obstáculo ascensional às correntes úmidas vindas do Pacífico, originando aridez. Este fato também ocorre no Rio Grande do Sul, com as chuvas de verão e primavera, em virtude dos ventos predominantes na época: o nordeste.
No litoral do Estado de São Paulo, os ventos predominantes do Atlântico, carregados de umidade, gerando a evaporação e forçando as massas de ar a subir, produzindo as mais altas precipitações do continente americano. A região do alto da Serra do Paranapiacaba tem uma precipitação média anual superior a 4000 milímetros.
Características: ocorre quando uma nuvem encontra um alto obstáculo em seu caminho, como uma grande elevação do terreno, cadeia de morros, serra, etc.
Chuva Ciclônica
As Chuva Ciclônica são formadas quando duas massas de ar, quente e fria, se chocam. A água se condensa e cai sob a forma líquida.
Esse fenômeno acontece devido a massa fria que segue sobre a quente, gerando a frente fria; neste caso, o ar frio passa sobre a massa de ar quente produzindo queda de temperatura, geada e muitas vezes chuvas intensas que ocupam pequenas áreas. Quando nenhuma das massas se movimenta chamamos de estacionária; originando, chuvas leves acompanhadas de densas neblinas.
As frentes frias produzem chuvas intensas que causam inundações, enquanto que as frentes quentes são acompanhadas de chuvas mais distribuídas, produzindo inundações nas grandes bacias hidrográficas.
Esse tipo de chuva não frontal não ocorre em nosso país.
ETAPA 2
Aula-tema: Medição das chuvas e processamento de dados pluviométricos.
Esta atividade é importante para que vocês possam:
a) Fazer a distinção entre pluviômetro e pluviógrafo.
b) Instalar os equipamentos de medições de chuva.
c) Proceder as medições de chuva.
d) Compreender os significados dos termos: altura pluviométrica, intensidade da chuva, tempo de recorrência ou período de retorno.
e) Aplicar a lei de repartição de frequência a partir de séries extensas de alturas pluviométricas anuais.
Para realizá-la, devem ser seguidos os passos:
PASSOS
Passo 1 
Ler os itens (1.4.4), (1.5), e (1.6) do capítulo 1 do Livro-texto (Apostila).
Passo 2 
Obter papel de probabilidade consultado item (1.7) do Livro Texto (Apostila), ou entrar na ferramenta de pesquisa: <www.google.com.br>. Acesso em: 17 maio 2011. 
Entrar com as palavras “Papel de Probabilidade”.
Passo 3 
Obter uma série anual consistida de precipitações, (Observação: série consistida: valores de precipitações medidas em postos pluviométricos oficiais com trinta ou mais anos de dados).
Consultar o site disponível em:
<http://www.daee.sp.gov.br>. Acesso em: 17 maio 2011. (Acesse hidrometeorologia: bancos de dados pluviométricos do Estado de São Paulo).
Passo 4 
A partir da série anual de precipitaçõesobtida no passo 3, ocorridas num dado posto pluviométrico, determinar:
a) Valores extremos;
b) Média aritmética;
c) Desvio padrão;
TABELA DE CHUVA MAXIMA DE 1969 À 2001
PREFIXO: 	A7-001
NOME DO POSTO:	Populina
MUNICÍPIO: 	Populina
BACIA: 	
ALTITUDE (m): 	01950003
LATITUDE: 	44°0'
LONGITUDE: 	19°56'
Obs.: valores que representa dados inexistentes.
ETAPA 3 
Aula-tema: Precipitação média sobre uma área.
Esta atividade é importante para que vocês possam:
a) Determinar a precipitação média sobre uma área.
b) Aplicar os métodos da média aritmética, de Thiessen, e das isoietas.
Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.
PASSOS
Passo 1 
Ler o item (1.9) do capítulo 1 do Livro-texto (Apostila).
Passo 2 
Consultar a ferramenta de pesquisa, disponível em: <www.google.com.br>. Acesso em: 17 maio 2011. Entrar com as palavras “Precipitação média sobre uma bacia hidrográfica”.
Passo 3 
A partir das isoietas da precipitação pluvial, mostradas na figura 1, calcular a precipitação média pelos métodos, aritmético e das Isoietas referente ao polígono indicado. 
Dados:
A1=1,598km2; A2=1,183km2; A3=1,681km2; A4=2,241km2; A5=2,179km2; A6=1,971km2; A7=2,158km2; A8=1,598km2; A9=1,577km2; A10=1,701km2; A11=1,058km2; A12=1,017km2; A13=0,872km2; A14=0,560km2; A15=0,415km2; A16=0,270km2; A17=0,145km2.
Tabela de média aritmética
Pm=
Pm= 49,63mm
Figura 1 – Bacia hidrográfica, métodos das isoietas
Fonte: Coiado (2010).
Figura 2 – Divisão das Áreas
Fonte: Coiado (2010).
Método das Isoietas
Figura 3 – Bacia hidrográfica, métodos das isoietas
Fonte: Coiado (2010).
Formula:
Pm=
Pm=
 
 
Pm= 52,45
ETAPA 4
Aula-tema: Escoamento superficial.
Esta atividade é importante para que vocês estejam capacitados a fazer a separação entre o escoamento superficial e escoamento subterrâneo.
Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.
Passo 1 
Ler item (3.3.1), capítulo 3, do Livro-texto (Apostila).
Passo 2 
Consultar o site disponível em: <www.etg.ufmg.br/tim1/bacia%20hidrografica.doc>.Acesso em: 17 maio 2011.
Passo 3 
Dado o hidrograma observado, figura 3, de uma seção de um curso de água, por ocasião de uma chuva de 30 mm. Pede-se:
Determinar, utilizando o procedimento [Qt/Q(t+Ut)]; a posição do ponto C de inflexão das curvas de depleção, e hachurear a região do gráfico que representa o volume de água escoado superficialmente.
Considere, área da bacia hidrográfica contribuinte de 20 Km2, e que a área hachureada, determinada no item a contenha 100 células (2 m3/s por 15 minutos) e determinar o coeficiente de escoamento superficial, de deflúvio, ou de “runoff”.
Observação: Os valores que geraram o gráfico da figura acima são os
apresentados ao lado.
Figura 3 – Hidrograma observado
Fonte: Coiado (2010).
Resposta:
Figura 4 – Hidrograma observado
Fonte: Coiado (2010).
Resolução:
Hachuramos a área solicitada na figura 4
Formula 1:
Formula 2:	
Obs.: 1litro de água em uma área de 1m² tem-se uma película de água de 1mm
Resultado: C = 25,4m³/s; t = 5h:40min.
Resolução:
Dados:
A= 20km² (
Formula 1:
ETAPA 5
Aula-tema: Transformação chuva- vazão.
Esta atividade é importante para que vocês estejam capacitados para:
A partir do conhecimento de uma precipitação isolada, da área da bacia hidrográfica, da ocupação do solo, e do tipo de solo, calcular a vazão numa seção de um canal de drenagem.
Aplicar o método racional.
Aplicar o método do “soil conservation service”, SCS.
Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.
Passo 1 
Ler o item (3.4), capítulo 3, do Livro-texto (Apostila). Consultar o item (6.5.2) e quadro 6.4,do Livro-texto (Apostila).
Passo 2 
Escolher o método a ser aplicado com base nas suas limitações. Consulte a ferramenta de pesquisa disponível em: <www.google.com.br>. Acesso em: 17 maio 2011.
Entrar com a frase: “métodos para transformação de chuva em vazão”.
Passo 3 
A área de uma bacia hidrográfica, contribuinte de uma seção S do rio principal, vale 40 km2. O solo é barrento com teor de argila entre 20 a 30%, e cultivado sem técnicas de conservação, e o solo é úmido. Para uma chuva de 50 mm e 2 horas de duração, e para o tempo de concentração da bacia hidrográfica de 3 horas, determinar a vazão de pico referente a seção S utilizando o método do “Soil Conservation Service”.
Resolução:
Foi realizado a consulta na tabela do quadro 3.3 do item 3.4.3 do livro texto, com os dados informados no exercício acima foi obtido o valor de CN
CN = 88
Dados:
Área da bacia= 40km²
Tipo do solo: Solo Barrento
Teor de Argila: 20 a 30%
Obs.: Solo cultivado sem técnicas de conservação (úmido)
Obs.: 1 hora = 60 min. = 3600 segundos
Formula: 
Passo 4 
Uma bacia hidrográfica rural, localizada no município de São Carlos/SP (utilize a equação de chuva do município de São Carlos), é constituída por duas áreas ocupadas por coberturas distintas, figura 4. A área (A1) com 1,8 km2 é ocupada por pasto ou grama baixa, com plano de escoamento da área com comprimento máximo de 200 m, declividade média de 2,5%, e coeficiente de deflúvio C1=0,20. A área (A2) com 1,2 km2 é ocupada por solo quase nu, sem cultivo, com plano de escoamento da área com comprimento máximo de 150 m, declividade média de 2%, e coeficiente de deflúvio C2=0,30. Sabendo-se que o talvegue da bacia hidrográfica é de caminhos de escoamento em grama, pasto com um comprimento total de 10 km, e inclinação média de 1,5%, determinar as vazões de pico nas seções (S1) e (S2) para um período de retorno TR = 10 anos. Utilizar o método racional.
Resolução:
Dados:
Tr = 10 anos
Sendo t = 1, para o Estado de São Paulo
Formula:
 ou 
Utilizando o método racional 
Vazão de pico para seção (S1):
Dados:
A = 1,8km² (1.800.000 m²)
C = 0,20
Vazão de pico para seção (S2):
A = 1,2km² (1.200.000m²)
C = 0,30
Figura 5 – Bacia hidrográfica rural
Fonte: Coiado (2010).
ETAPA 6
	Aula-tema: Previsão de enchentes 
	Esta atividade é importante para que vocês estejam aptos a aplicar o método de
previsão de enchentes a partir de uma série de vazões medidas ou geradas para períodos de retorno desejados.
	Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.
	Passo 1 
	Ler item (4.3) do Livro-texto (Apostila).
	Passo 2 
	Para a aplicação do método de curva normal de Gauss, utilizar o papel de probabilidade de Gauss existente no item (4.3.3) do Livro-texto (Apostila), ou consultar os sites disponíveis em: 
<www.prd.usp.br/disciplina/docs/...2006.../PapelProbabilidade.PDF>. Acesso em: 18 maio 2011.
<www.google.com.br>. Acesso em: 18 maio 2011. Entrar com as palavras “Papel de Probabilidade”.
Para a aplicação do método de Fuller utilizar os procedimentos apresentados no item (4.3.2) do Livro-texto (Apostila).
	Passo 3 
	Obtenha uma série anual consistida de vazões, (obs: série consistida: valores de vazões medidas em postos fluviométricos oficiais com trinta ou mais anos de dados). Consultar o site disponível em:
<http://www.daee.sp.gov.br>. (Acesse hidrometeorologia: bancos de dados fluviómetricos do Estado de São Paulo). Acesso em: 17 maio 2011.
Resolução:
POSTO: 1D-008
NOME DO POSTO: Cruzeiro
PREF. DNAEE: 058230100
MUNICÍPIO: Cruzeiro
CURSO D' ÁGUA: Paraíba do Sul
ÁREA: 1207500 Km²
LATITUDE: 2235'33''
LONGITUDE: 4457'58''
	ANO
	VAZÕES
	ANO
	VAZÕES
	1971
	166,68
	1986
	190,17
	1972
	201,61
	1987
	249,29
	1973
	178,6
	1988
	250,31
	1974
	179,27
	1989
	254,61
	1975
	157,72
	1990
	232,26
	1976
	217,78
	1991
	254,73
	1977
	194,77
	1992
	213,11
	1978
	149,61
	1993
	221,31
	1979
	157,91
	1994
	194,3
	1980
	172,61
	1995
	216,12
	1981
	186,77
	1996
	271,26
	1982
	190,25
	1997
	213,84
	1983
	352,11
	1998
	196,74
	1984200,87
	1999
	209,98
	1985
	196,44
	2000
	197,05
	Passo 4 
	Selecionar uma série, de valores de vazões máximas diárias anuais, consistida no site citado no passo 3, e calcular as vazões prováveis de enchentes para os seguintes tempos de recorrência: 50, 100, e 1000 anos. Utilizar os métodos de Fuller, de Gumbel-Chow, e de curva normal de Gauss.
Formula:
Onde t = 1, para o Estado de São Paulo.
Resolução:
Para o Período de 50 anos:
Para o Período de 100 anos:
Para o Período de 1000 anos:
Figura 6 – Papel Probabilidade
Fonte: Coiado (2010).
BIBLIOGRAFIA
	
	COIAD0, Evaldo Miranda. Hidrologia & Rede de Drenagem de Águas Pluviais. Apostila do Curso Hidrologia. Biblioteca da Faculdade Politécnica de Jundiaí e disponibilizado na Sala Virtual. 2010.
	Cepan - Tipos de Chuva <http://www.cepen.com.br/chuvas.htm> Acesso: 22 de setembro de 2014 às 14h00min.
SIGRH – Tabela chuvas máxima <http://www.sigrh.sp.gov.br/cgi-bin/bdhm.exe/plu?qwe=qwe> Acesso: 21 de setembro de 2014 às 10h00min