Precipitação: Tipos, Medição e Análise

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Hidrologia
Profa. Camila Mateus
Precipitação
A precipitação é entendida em hidrologia como toda água
proveniente do meio atmosférico que atinge a superfície
terrestre:
Neblina, chuva, granizo, orvalho, geada e neve são formas
diferentes de precipitações.
O que diferencia essas formas de precipitações é o estado
em que a água se encontra.
Precipitação
A medição de precipitação se dá de maneira relativamente fácil, e é
comum encontrar séries históricas com mais de 60 anos no Brasil, na
Europa tem-se registros com período de mais de 200 anos.
Com essa grande disponibilidade de dados é possível realizar
análises estatísticas de grande utilidade.
Tipos de chuvas
 Convectivas
 Frontais ou ciclônicas
 Orográficas
Convectivas
Típicas de países tropicais, essas chuvas são
provocadas pela ascensão brusca de ar devido
ao forte aquecimento da superfície e às
diferenças de temperatura na camada próxima
da atmosfera.
 Grande intensidade
 Curta duração
 Abrange pequenas áreas
Frontais ou ciclônicas
O ar mais quente e úmido é violentamente impulsionado para cima,
resultando no seu resfriamento e na condensação do vapor de água, de
forma a produzir chuvas. São chuvas de grande duração, e atinge grandes
áreas com intensidade baixa a média.
Ocorre devido a ascensão do ar quente e úmido.
 Longa duração
 Grande área
 Baixa intensidade
Orográficas
Quando ventos quentes e úmidos, soprando
geralmente do oceano para o continente,
encontram uma barreira montanhosa,
elevam-se e se resfriam havendo
condensação do vapor, formação de nuvens
e ocorrência de chuvas. São chuvas de:
 pequena a média intensidade
 grande duração
 cobrem grandes áreas.
Características das precipitações
 Quantidade ou altura pluviométrica (h):
Quantidade de água precipitada em um área, mede-se a altura de água
em um recipiente (mm = 1 litro por metro quadrado de superfície);
 Duração (t):
Duração Intervalo de tempo entre o início e o fim da precipitação;
 Intensidade (i):
i=h/t -> mm/h;
Características das precipitações
 Distribuição temporal;
 Distribuição espacial;
 Frequência: número de ocorrência de uma dada precipitação (altura)
em um intervalo de tempo fixo.
A precipitação é um fenômeno de tipo aleatório. Na análise de alturas
pluviométricas ou intensidades máximas, o Período de Retorno (T) é
interpretado como o número médio de anos durante o qual espera-se
que a precipitação analisada seja igualada ou superada;
Instrumentos de medição
 Pluviômetro: Aparelho destinado a medir a altura da 
chuva precipitada;
 Pluviógrafo: Aparelho destinado a medir a intensidade e 
altura da chuva precipitada;
Pluviômetro
É basicamente um recipiente que permite a
captação de água sem interferências e não permite
sua evaporação.
O aparelho é normatizado da seguinte forma:
 Diâmetro: 256,5 mm
 Altura de 40cm
 Área = 500cm²
 Torneira e funil para drenagem
 Proveta graduada para medição de altura
 Devem ser observados em horário regulado e
intervalo fixo
Pluviógrafo
Distribuição de Chuva no Tempo 
e no Espaço
Isoietas
Análise e Consistência de Dados e 
Preenchimento de Falhas 
Os dados coletados devem ser analisados antes da utilização.
As causas mais comuns de erros são:
A-) Erro na anotação do valor medido;
B-) Erro na Leitura do aparelho;
C-) Valor estimado do observador, por não se encontrar no
local no dia da amostragem;
D-) Obstrução próxima ao posto de observação (ex:
crescimento da vegetação);
E-) Danos no aparelho de medição.
Preenchimento de Falhas
Para se preparar os dados para o tratamento estatístico,
primeiramente deve-se identificar as falhas. Após esta
análise as séries poderão apresentar lacunas que devem ser
preenchidas.
Preenchimento de Falhas
Método da Ponderação Regional
Método simplificado para o preenchimentos de séries
mensais ou anuais de precipitações através de uma
ponderação com base nos dados de pelo menos três postos
vizinhos, que devem ser de regiões hidrológicas semelhantes
a do posto em estudo e ter uma série de dados de no mínimo
10 anos.
Preenchimento de Falhas
Onde:
Px – Altura Pluviométrica na estação X
Pa – Altura Pluviométrica na estação a
Pb – Altura Pluviométrica na estação b
Pc – Altura Pluviométrica na estação c
Mx – Média na estação x
Ma – Média na estação a
Mb – Média na estação b
Mc – Média na estação c
Exemplo de Preenchimento de Falhas
Exemplo de Preenchimento de Falhas
Exemplo de Preenchimento de Falhas
Exemplo de Preenchimento de Falhas
Exemplo de Preenchimento de Falhas
Exercício: Excluir Fevereiro de 2004 da Estação X
Exemplo de Preenchimento de Falhas
Exercício: Excluir Fevereiro de 2004 da Estação X
Exercício - Preencha as falhas da tabela 
abaixo
Precipitação média sobre uma área
Para se calcular a precipitação média em uma superfície
qualquer, é necessário utilizar os dados das estações
localizadas dentro dessa superfície e das áreas vizinhas.
Há três métodos de cálculo:
 Média aritmética;
 Método de Thiessen;
 Método das isoietas.
Média aritmética
Consiste em determinar a média aritmética das precipitações medidas nas
estações existentes na área considerada. A “American Society of Civil
Engineers” (ASCE) recomenda que se use esse método apenas para bacias
menores que 5000 km2, se as estações forem distribuídas uniformemente .
Segundo Garcez e Alvarez, (1999), esse método deve ser aplicado somente
quando a variação das precipitações entre as estações for muito reduzida e
a distribuição das estações de medida for uniforme:
Método de Thiessen
Este método dá bons resultados quando o terreno não é muito acidentado.
Consiste em dar pesos aos totais precipitados, em cada aparelho,
proporcionais à área de influência de cada um, que é determinada da
seguinte maneira:
1) As estações adjacentes devem ser unidas por linhas retas formando
triângulos;
2) Traçam-se perpendiculares a essas linhas a partir das distâncias médias
entre as estações e obtêm-se polígonos limitados pela área da bacia;
3) A área Ai de cada polígono é o peso que se dará à precipitação registrada
em cada aparelho (Pi);
4) A média será dada por:
Método de Thiessen
Polígonos de Thiessen
Áreas de influência de
cada um dos postos
 
n
=i
ii Pa=P
1
ai = fração da área
da bacia sob
influencia do posto I
Pi = precipitação do
posto i
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
Exemplo
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
1 – Linha que une dois
postos pluviométricos
próximos
Exemplo
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
2 – Linha que divide ao
meio a linha anterior
Exemplo
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
2 – Linha que divide ao
meio a linha anterior
Região de influência dos
postos
Exemplo
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
3 – Linhas que unem todos
os postos pluviométricos
vizinhos
Exemplo
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
4 – Linhas que dividem ao
meios todas as anteriores
Exemplo
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
5 – Influência de cada um
dos postos pluviométricos
Exemplo
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
5 – Influência de cada um
dos postos pluviométricos
Exemplo
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
5 – Influência de cada um
dos postos pluviométricos
40%
30%
15%
10%
5%
mm++++=P 73820,1750,05500,3700,41200,15 
Exemplo
Comparação entre Média aritmética e 
Método de Thiessen
Média aritmética = 60 mm
Médiaaritmética com postos de fora
da bacia = 79,4 mm
Média por polígonos de Thiessen = 73
mm
Forte precipitação junto ao divisor
não está sendo considerada na média
aritmética
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
Método das Isoietas
Isoietas são linhas de mesma precipitação, que podem ser traçadas para uma
mesmo evento ou para uma mesma duração. Retrata a variabilidade espacial.
Tem-se, portanto, o mapa de chuva que se assemelha a um traçado de curva
de nível de uma elevação.
Isoietas = totais anuais, máximas anuais, médias mensais, médias do trimestre
mais chuvoso
Método das Isoietas
Método das Isoietas
Isoietas
Bacia do rio Paraíba (Plano Diretor)
3876967
3886248
3886365
3886477
3887235
3886871
3887674
3887753
3887886
3897016
3897098
3876868
750000 760000 770000 780000 790000 800000 810000 820000 830000 840000 850000
8920000
8930000
8940000
8950000
8960000
8970000
8980000
8990000
9000000
9010000
9020000
9030000
Postos
750000760000770000780000790000800000810000820000830000840000850000
8920000
8930000
8940000
8950000
8960000
8970000
8980000
8990000
9000000
9010000
9020000
9030000
450
550
650
750
850
950
1050
1150
1250
1350
Isoietas Anuais Médias
Isoietas
Intensidade Início 03:00
Fim: 13:00
Duração = 10 horas
Tempo Chuva Chuva Acumulada
0 0 0
1 0 0
2 0 0
3 3 3
4 0 3
5 4 7
6 8 15
7 12 27
8 5 32
9 9 41
10 7 48
11 7 55
12 5 60
13 1 61
14 0 61
15 0 61
16 0 61
17 0 61
18 0 61
19 0 61
20 0 61
21 0 61
22 0 61
23 0 61
24 0 61
Intensidade 
Tempo Chuva Chuva Acumulada
0 0 0
1 0 0
2 0 0
3 3 3
4 0 3
5 4 7
6 8 15
7 12 27
8 5 32
9 9 41
10 7 48
11 7 55
12 5 60
13 1 61
14 0 61
15 0 61
16 0 61
17 0 61
18 0 61
19 0 61
20 0 61
21 0 61
22 0 61
23 0 61
24 0 61
Duração da chuva = 10 horas
Total precipitado = 61 mm
Intensidade média = 6,1 mm/hora
Intensidade máxima = 12 mm/hora entre 6 e 7 horas
Intensidade média do dia = 61/24 = 2,5 mm/hora 
Frequência
Bloco Freqüência 
P = zero 5597
P < 10 mm 1464
10 < P < 20 mm 459
20 < P < 30 mm 289
30 < P < 40 mm 177
40 < P < 50 mm 111
50 < P < 60 mm 66
60 < P < 70 mm 38
70 < P < 80 mm 28
80 < P < 90 mm 20
90 < P < 100 mm 8
100 < P < 110 mm 7
110 < P < 120 mm 2
120 < P < 130 mm 5
130 < P < 140 mm 2
140 < P < 150 mm 1
150 < P < 160 mm 1
160 < P < 170 mm 1
170 < P < 180 mm 2
180 < P < 190 mm 1
190 < P < 200 mm 0
P < 200 mm 0
Total 8279
Análise de Frequência
 Ao se projetar uma obra de engenharia, nem sempre é interessante uma
estrutura que nunca venha a falhar durante sua vida útil. Seria inviável
economicamente. Assim deve-se realizar o projeto de acordo com os
impactos causados em uma falha.
Rua local pode ser alagada uma vez a cada 2 anos
Em uma marginal espera-se que isso ocorra apenas a cada 100 anos.
 Precipitações são fenômenos que ocorrem com intensidade ao longo do
tempo.
 A intensidade é expressa em mm/h.
 Em geral chuvas de grande duração tem intensidade reduzida, e chuvas
de intensidade forte geralmente tem duração pequena.
 A frequência está associada ao período de retorno.
Curvas I.D.F 
(Intensidade – Duração – Frequência)
Exercício
Considerando a curva
IDF, qual é a intensidade
da chuva com duração
de 40 minutos que tem
1% de probabilidade de
ser igualada ou superada
em um ano qualquer?
Curvas I.D.F 
(Intensidade – Duração – Frequência)
Ajustando uma equação para essas diversas curvas pode-se
obter as equações de chuva, muito utilizadas em projetos de
drenagem e estudos hidrológicos de pequenas bacias
hidrográficas.
𝑖 = 𝑎 ∗
𝑇𝑟𝑛
𝑡 + 𝑏 𝑚
Sendo: a, b, m e n = parâmetros ajustáveis
Curvas I.D.F 
(Intensidade – Duração – Frequência)
Exercício
Em 01/03/99, quando houve a inundação no Vale do
Anhangabaú, choveu cerca de 100 mm em 2 horas.
Determinar o período de retorno dessa chuva, utilizando a
equação de chuva de SP.
Onde:
i=mm/h
Tr=anos
t=min
Exercício
Considerando a curva IDF de uma determinada localidade, mostrada na figura
abaixo, qual é a intensidade da chuva com duração de 240min que tem 2% de
chance de ser igualada ou superada em um ano qualquer? Se essa chuva for
utilizada para o dimensionamento de uma determinada obra hidráulica com
vida útil de 25 anos, qual o risco que essa obra corre, de se romper durante
sua vida útil?
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
i 
(m
m
/m
in
)
t (horas)
T = 2 anos
T = 10 anos
T = 50 anos