UA12 EscoamentoSuperficial

Prévia do material em texto

HIDRÁULICA &HIDROLOGIA II
Profª Drª Minella Martins
 minella.martins@unisal.br
UA 12
ESCOAMENTO SUPERFICIAL
Escoamento
 Tipos de escoamento na bacia.
 Geração de escoamento superficial.
 Hidrograma.
 Estimativa de cheias 
 Método Racional
 Fatores que interferem no escoamento superficial
 Curva Chave.
 Medidas de vazão
Escoamento O movimento das águas na superfície da terra 
em função do efeito da gravidade(ANA, 2009)
Escoamento na bacia
O escoamento em um rio está direta ou indiretamente relacionado com 
as precipitações que ocorrem na bacia hidrográfica. 
A Figura abaixo apresenta as quatro formas pelas quais os cursos d’água 
recebem água (Pedrazzi, 2004):
1) precipitação direta sobre o curso d’água (P); 
2) escoamento Superficial (ES); 
3) escoamento subsuperficial ou hipodérmico (ESS); 
4 ) escoamento subterrâneo ou básico (Esub).
C
IC
LO
 H
ID
R
O
LO
G
IC
O
P
e
rco
lação
Interceptação
Depressões
chuva
Escoamento
superficial
In
filtração
Armazenamento
no solo
Armazenamento
no subsolo
Escoamento
Sub-superficial
V
azão
 n
o
 rio
evap
Escoamento
Subterrâneo
Precipitação que atinge áreas impermeáveis
Precipitação intensa que atinge áreas de 
capacidade de infiltração limitada
Precipitação que atinge áreas saturadas
Formação do Escoamento
Superficial
Telhados
Ruas
Passeios
• Geração de escoamento superficial é quase imediata 
• Infiltração é quase nula
Áreas Impermeáveis
• Capacidade de infiltração é baixa
 Gramados
 Solos Compactados
 Solos muito argilosos
Áreas de capacidade de 
infiltração limitadas
Infiltração
Escoamento
Precipitação
tempo
Infiltração
Intensidade da chuva x capacidade de infiltração
Considere chuva com intensidade constante
 Infiltra completamente no início
Gera escoamento no fim
tempo
In
fi
lt
ra
çã
o
P
re
ci
p
it
aç
ão
início do escoamento
intensidade da chuva
capacidade de infiltração
Intensidade da chuva x capacidade de infiltração
Considere chuva com intensidade constante
 Infiltra completamente no início
Gera escoamento no fim
tempo
In
fi
lt
ra
çã
o
P
re
ci
p
it
aç
ão
início do escoamento
intensidade da chuva
capacidade de infiltração
volume infiltrado
Intensidade da chuva x capacidade de infiltração
Considere chuva com intensidade constante
 Infiltra completamente no início
Gera escoamento no fim
tempo
In
fi
lt
ra
çã
o
P
re
ci
p
it
aç
ão
início do escoamento
intensidade da chuva
capacidade de infiltração
volume infiltrado
volume escoado
Intensidade da chuva x capacidade de infiltração
Precipitação
Infiltração
Escoamento em áreas de solo saturado
Precipitação
Solo saturado
Escoamento em áreas de solo saturado
Precipitação
Solo saturado
Escoamento
Escoamento em áreas de solo saturado
Representação gráfica da vazão 
ao longo do tempo
Hidrograma
• O hidrograma é o gráfico que relaciona a vazão ao
tempo e é o resultado da interação de todos os
componentes do ciclo hidrológico.
Hidrograma
Superficial
e
Escoamento subterrâneo
Sub-superficial
Formação do Hidrograma
1 – Início do escoamento superficial
2 – Ascensão do hidrograma
3 – Pico do hidrograma
4 – Recessão do hidrograma
5 – Fim do escoamento superficial
6 – Recessão do escoamento subterrâneo
1
2
5
3
4
6
Superficial
e recessão
pico
Escoamento subterrâneo
Sub-superficial
Formação do Hidrograma
tempo
Q
Bacia montanhosa
Bacia plana
Forma do Hidrograma
tempo
Q
Bacia urbana
Bacia rural
Obras de drenagem tornam o escoamento mais rápido
Forma do Hidrograma
Forma da bacia x hidrograma
tempo
Q
Bacia circular
Bacia alongada
 Para saber como a bacia vai responder à chuva é
importante saber as parcelas de água que vão atingir os
rios através de cada um dos tipos de escoamento.
 Em muitas aplicações o escoamento superficial é o mais
importante
 Vazões máximas
 Hidrogramas de projeto
 Previsão de cheias
 Métodos simplificados x modelos mais complexos
Cálculos de Separação 
de Escoamento
MÉTODO RACIONAL
Este método leva o nome racional pela coerência na análise dimensional 
das variáveis, sendo o mais simples e mais usual em pequenas áreas. 
É um modelo empírico cujo objetivo é aplicar um redutor na precipitação 
intensa, significando um percentual do total precipitado que escoa, 
superficialmente sendo este redutor, influenciado pela cobertura vegetal, 
classe de solos, declividade e tempo de retorno da precipitação.
A forma geral do método é: Sendo Q= vazão em m³/s
C = coeficiente de escoamento superficial, 
adimensional (tabela a seguir)
I = intensidade de precipitação em mm/h
A= área em ha
C = total escoamento/ total precipitado = parcela da precipitação que gerou escoamento
superficial
MÉTODO RACIONAL
A intensidade média (I) pode ser obtida a partir da curva intensidade-
duração-frequência da região, utilizando nas abscissas o tempo de 
concentração da bacia. 
Estimativa do tempo de concentração pode ser feita com o uso de 
traçadores ou de equações empíricas, tais como: 
tc em minutos; 
L = comprimento do talvegue, km; 
H = máxima diferença de nível, m. 
MÉTODO 
RACIONAL
Fonte: DAAE-SP,2012.
MÉTODO RACIONAL
É importante observar que o método Racional transforma um processo 
complexo, com muitas variáveis envolvidas, em algo bastante simples, 
resumindo toda a complexidade apenas no fator C. 
MÉTODO RACIONAL
Os principais problemas deste método, quando aplicado a bacias
hidrográficas, são:
- Não existir nenhuma consideração sobre variabilidade espacial e
temporal da precipitação na bacia, assim como de fatores físicos, em
especial cobertura vegetal, classe de solo e declividade, os quais interferem
decisivamente no processo;
- Não considera a forma da bacia, apenas a área total;
- Todo o processo de geração do escoamento, a partir da precipitação e
infiltração, é resumido apenas no fator C.
- Recomendado, com precauções, apenas para bacias menores que 8 km²
Exemplo Método Racional
Uma bacia hidrográfica cuja área é de 460 ha, se caracteriza pelos 
seguintes parâmetros: comprimento do talvegue principal (L) 5,8 
km, desnível entre suas extremidades (H) 76 m; com relação ao 
relevo, solo e cobertura vegetal a situação é a seguinte: na parte 
mais elevada (35% da área) a declividade média é de 25%, o solo é 
de textura fina e a cobertura vegetal é floresta: na sua parte média 
(35% da área) a declividade média é de 10%, o solo é de textura 
média e predomina a pastagem; e, na sua parte baixa (30% da área) 
o solo é de textura grossa, a declividade média é 5% e predomina 
cultivos anuais. Estimar a vazão p/ dimensionar um bueiro a ser 
construído na sua seção de controle, tendo como referência uma 
vida útil de 50 anos, calcule a vazão pelo Método racional. 
Exemplo Método Racional
A= 460ha
L= 5,8 km
H= 76m
TR=50 anos
C1 ➔ 35% área
Declividade 25% 
Solo textura fina
Floresta 
C2➔ 35% área
Declividade 10%
Solo textura média
Pastagem
C3➔ 30% área
Solo textura grossa
Cultivos anuais
C= 0.48
C= 0.49
C= 0.48
Cmédio = 0.35*0.48 + 0.35*0.49+0.30*0.48
Cmédio = 0.48
Intensidade de Prec➔ curva IDF, sendo a
Duração da chuva equivalente ao tempo de 
Concentração.
Q = CIA/360
Tc= 57*[(5,8^3)/76]^0,385
Tc = 82 min
Exemplo 
Método Racional
Tc= 82 min
Assim, temos:
C= 0.48
I = 60 mm/h
A = 460ha
Q =CIA/360
Q= 0,48*60*460/360
Q= 36.8 m³/s
Importância
* Previsão de cheias – chuva projeto
*Tempo de retorno
*Hidrograma de projeto
*Planejamento dos custos do projeto
Tempo de retorno Tr em função do tipo e ocupação do solo. 
Fonte: DAAE-CETESB, 1980.
tempo
Q
P
tempo
Infiltração 
Chuva efetiva
 A parcela da chuva que se transforma em escoamento
superficial é chamada chuva efetiva.
FATORES QUE INTERVÊM NO 
ESCOAMENTO SUPERFICIAL
A formação do escoamento superficial está condicionada a vários fatores, 
incluindo aqueles relacionados à taxa de infiltraçãoda água no solo. 
Alguns desses fatores serão destacados a seguir (Brandão et al, 2003):
Agroclimáticos – O tipo e uso do solo são condicionantes da maior ou menor 
capacidade de interceptação, infiltração, evapotranspiração e, 
consequentemente, do escoamento superficial em uma região
Fisiográficos – A vazão no exutório da bacia será tanto maior quanto 
maior for a sua declividade e área de drenagem. A forma da bacia 
também é um fator importante a ser observado, 
FATORES QUE INTERVÊM NO 
ESCOAMENTO SUPERFICIAL
Ainda, de acordo com Brandão et al. (2003), considerando as condições de superfície 
que mais influenciam no escoamento superficial, destacam-se:
a) tipo de solo: interfere diretamente na taxa de infiltração da água no solo e na 
capacidade de retenção de água sobre sua superfície; 
b) topografia: além de influenciar a velocidade de escoamento da água sobre o 
solo, interfere também na capacidade de armazenamento de água sobre este, 
tendo as áreas com maiores declives geralmente menor capacidade de 
armazenamento superficial;
c) rede de drenagem: uma rede de drenagem densa e ramificada permite a 
rápida concentração do escoamento superficial, favorecendo a ocorrência de 
maiores vazões; 
d) Obras hidráulicas presentes na bacia: as obras hidráulicas destinadas à 
drenagem provocam um aumento na velocidade de escoamento, por outro lado, 
aquelas com finalidade de contenção do escoamento provocam redução na 
vazão máxima.
Reaproveitamento de água das chuvas
A norma da ABNT trás nos apêndices alguns modelos de dimensionamento de 
reservatórios
A NBR 15.527/07 cita o Método de Rippl, Azevedo Neto, Método da 
Simulação, Método Prático Alemão, Método Pratico Inglês e Método Prático 
AustralianoDimensionamento do reservatório pelo Método de Rippl.
O método de Rippl geralmente superdimensiona o reservatório, mas é bom usá-lo 
para verificar o limite superior do volume do reservatório de acumulação de aguas 
de chuvas. 
Neste método pode-se usar as séries históricas mensais (mais comum) ou diárias.
S (t) = D (t) – Q (t) 
Q (t) = C x precipitação da chuva (t) x área de captação 
V = Σ S (t) , somente para valores S (t) > 0 Sendo que : Σ D (t) < Σ Q (t) 
Onde: S (t) é o volume de água no reservatório no tempo t; Q (t) é o volume de chuva 
aproveitável no tempo t; D (t) é a demanda ou consumo no tempo t; V é o volume do reservatório, 
em metros cúbicos; C é o coeficiente de escoamento superficial.
Considere uma bacia hidrográfica
com 1,5 ha de área, dividida em 0,75
ha ocupados por eucalipto e solo
com capacidade média de infiltração
e textura média; os outros 0,75 ha
ocupados por pastagem, também em
condições normais, e solo com
textura argilosa e baixa capacidade de
infiltração. Para precipitação com
tempo de concentração de 100 min,
calcule o deflúvio da bacia
considerando o tempo de retorno de
50 ano, utilizando o método racional.
A curva IDF abaixo representa a
bacia descrita.
Exercício 1
Exercício 2 (ENADE)
Na proposta da reforma de um estádio de futebol para a Copa do Mundo de 
2014, está previsto o reaproveitamento de água da chuva para molhagem do 
gramado e dos jardins e alimentação dos banheiros. Estima-se consumo médio 
mensal de 500 m3 de água para molhagem do gramado e do jardim e de 1 500 m3
de água para alimentação dos banheiros. O projeto prevê área de cobertura 
disponível para capitação de água pluvial de 25 000 m2. O estádio está localizado 
em uma região cujo regime de chuvas apresenta as médias mensais de 
precipitação mostradas na tabela a seguir
Com base nessas informações e considerando o coeficiente runnof igual a 0,80,
Calcule o volume do reservatório para atender a demanda média mensal de água
para molhagem do gramado e dos jardins e alimentação dos banheiros.
Exercício 3
BIBLIOGRAFIA UTILIZADA
Junior, C.R.F. e Neves, M.G.F.P. das. Notas de aula. Hidrologia.
Programa de Pós Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento.
Centro de Tecnologia – CTEC. Universidade Federal de Alagoas –
UFAL.
Marciano, A.; Coelho, G. Notas de aula. HIDROLOGIA DE
SUPERFÍCIE: estimativa de vazões máximas. DEG/UFLA.2008