Aula 04 - Precipitação-2019-1

Prévia do material em texto

1
Hidrologia
Precipitação 
2
Precipitação
•Conceitos 
•Precipitação – Formação e Tipos
•Pluviometria
•Análise dos dados
•Precipitação média sobre uma bacia
•Análise das chuvas intensas
•Bibliografia
Conceitos
• O regime hidrológico de uma região é determinado por suas
características físicas, geológicas e topográficas, e por seu
clima.
• Os fatores climáticos mais importantes são: a precipitação,
principal “input” do balanço hidrológico de uma região, sua
distribuição e modos de ocorrência, e a evaporação.
• Outros fatores climáticos importantes: temperatura,
umidade e vento (exercem influência sobre a precipitação e
a evaporação).
3
Conceitos
• Água proveniente do meio atmosférico que atinge a
superfície
• Tipos: neblina, chuva, granizo, saraiva, orvalho, geada e
neve
• O que diferencia é o estado em que se encontra a água e a
possibilidade de gerar volume líquido.
4
Conceitos
5
Conceitos
• Variável climática mais importante - representa a alimentação dos
sistemas hídricos;
• A precipitação está relacionada com o total ocorrido num tempo
definido. O valor isolado não tem significado.
• Por ex. 100 mm é muito em 1 hora e muito pouco num ano.
• A variabilidade temporal e espacial da precipitação influencia o
comportamento da disponibilidade hídrica de uma bacia. Esta
variabilidade é aleatória.
6
Formação e Tipos de Precipitações
7
8
Mecanismos de Precipitação
• Tamanhos das gotículas nas nuvens : diâmetros de 0,01 a
0,03 mm, espaçadas por cerca de 1 mm, com massa de 0,5
a 1 g de água/m3 – A quantidade total varia de 1,5 a 7 g/m3
• Gotas de chuva: diâmetro de 0,5 a 2 mm, velocidade de
queda de 9 m/s
• A formação de vapor de água na atmosfera não é garantia
de que o líquido contido irá precipitar.
• Para que ocorra precipitação é necessário que as gotas
engordem e seu peso seja superior às forças que a
sustentam no ar;
9
Mecanismos de Precipitação
• Partículas na atmosfera (núcleos de condensação): sais,
partículas de minerais, matéria orgânica (pólen);
• Sobre estas partículas ocorre a condensação e crescimento
das gotas. Estes são os núcleos de condensação;
• Existem várias teorias sobre o processo que desencadeia a
precipitação nos diferentes tipos de nuvens.
10
Conceitos - Tipos de precipitação
• Água proveniente do meio atmosférico que atinge a
superfície
• Tipos: neblina, chuva, granizo, saraiva, orvalho,
geada e neve
• O que diferencia - o estado em que se encontra a
água e a possibilidade de gerar volume líquido.
11
14
 A precipitação depende:
 Tipo de precipitação;
 Da intensidade da chuva;
 Da duração da chuva;
 Da distribuição da chuva sobre a bacia;
 Da direção do deslocamento do temporal;
Precipitações
16
 As nuvens que dão origem às precipitações são as do tipo
estratos e cúmulos (formato).
 Estratos
 que se estendem como se fossem camadas ou lençóis,
cobrindo grandes áreas;
 formam-se quando grandes camadas de ar são forçadas
a subir gradualmente, ao arrefecerem a condensação
ocorre sobre uma grande área
 Cúmulos
 erguem-se em altitude, como se fossem montanhas ou
castelos;
 formam-se quando bolhas de ar ascendentes muito
quentes vão subindo em altitude, condensando-se.
Precipitações
17
 As precipitações acontecem no momento
em que o vapor de água que se encontra
nas nuvens se congela devido à altitude, a
partir dessa condensação desloca-se em
direção à superfície terrestre em estado
líquido ou sólido.
Precipitações
19
 Processo de Bergeron  aplica-se a
nuvens frias  abaixo de 0° C.
Precipitações
20
 Tipos e formas de precipitações que
existem:
Granizo  pedras de gelo, tem origem
no alto das nuvens do tipo cúmulos,
lugar onde a temperatura é muito
reduzida;
Precipitações
22
 Tipos e formas de precipitações que
existem:
Neve: esse tipo de precipitação ocorre
através da baixa temperatura das
nuvens (0ºC) e promove congelamento
do vapor de água produzindo, dessa
forma, pequenos cristais de gelo.
Ocorre com maior freqüência em climas
temperados e polares;
Precipitações
24
 Tipos e formas de precipitações que
existem:
Chuva: pode ocorrer durante o
processo de evaporação da água nas
zonas interpropicais do planeta, tal
processo causa chuvas abundantes,
pode também se desenvolver a partir
do encontro de duas massas de ar,
sendo uma quente e outra fria.
Precipitações
Tipos de Precipitação
Do ponto de vista do hidrólogo a chuva tem três mecanismos
fundamentais de formação:
• chuvas ciclônicas;
• chuvas orográficas;
• chuvas convectivas.
26
Tipos de Precipitação
27
•Precipitações Ciclônicas (Frontais ou Não Frontais) – Estão
associadas com o movimento de massas de ar de regiões de
alta pressão para regiões de baixa pressão. Essas diferenças
de pressão são causadas por aquecimento desigual da
superfície terrestre.
•As Precipitações Ciclônicas são de longa duração e
apresentam intensidades de baixa a moderada, espalhando-
se por grandes áreas. São importantes, principalmente, no
desenvolvimento e manejo de projetos em grandes bacias
hidrográficas.
Tipos de Precipitação
28
•Precipitações Orográficas – as precipitações orográficas
resultam de ascensão mecânica de correntes de ar úmido
horizontal sobre barreiras naturais, tais como montanhas. As
precipitações da Serra do Mar são exemplos típicos.
Precipitações Orográficas
29
•Ventos quentes e úmidos provenientes do oceano encontram
barreiras físicas, sobem condensam e precipitam sobre áreas
montanhosas.
•O vento que ultrapassa a barreira é seco, retirando umidade
do ambiente, podendo gerar áreas desérticas;
•A precipitação varia com a altitude, tendo algumas alturas
onde a precipitação é muito alta.
30
 Orográficas: ocorre no momento em que as
massas de ar úmidas são impedidas de
seguir seu trajeto pelos elementos do relevo,
como uma montanha, então as nuvens
ganham altitude e se agrupam provocando a
precipitação.
Precipitações
31
Orográficas - longa duração e baixa
intensidade, abrangendo grandes áreas
por várias horas continuamente e sem
descargas elétricas.
Precipitações
34
Orográficas: no litoral, a encosta da
Serra do Mar torna-se um obstáculo
natural para a umidade oriunda do
Oceano Atlântico;
A umidade não transpõe a Cordilheira
Atlântica, esta fica contida, acumulando-
se, elevando-se até se resfriar em
grandes altitudes na crista da serra e se
condensar;
 chuva de relevo ou chuva de montanha.
Precipitações
Tipos de Precipitação
35
•Precipitações Convectivas – são típicas de regiões tropicais.
•O aquecimento desigual da superfície terrestre provoca o
aparecimento de camadas de ar com densidades diferentes, o
que gera uma estratificação térmica da atmosfera em
equilíbrio instável.
•Se esse equilíbrio por qualquer motivo (vento,
superaquecimento) for quebrado provoca uma ascensão
brusca e violenta do ar menos denso, capaz de atingir
grandes altitudes.
•Essas precipitações são de grande intensidade e curta
duração, concentradas em pequenas áreas. São importantes
para projetos em pequenas bacias.
Precipitações Convectivas
36
O ar úmido aquecido na vizinhança do solo fica menos denso
sobe, diminui a temperatura, condensa e precipita.
São formações locais com pequena abrangência espacial e
alta intensidade.
Atinge principalmente pequenas bacias;
Ocorre principalmente no verão em climas tropicais
Abrangência espacial pequena;
Alta intensidade;
Pequena duração temporal;
Também conhecida como chuva de verão;
Importante para pequenas bacias hidrográficas com pequeno
tempo de concentração.
38
39
Convecção Térmica 
– Chuva convectiva –
40
Precipitações
Convectivas: chuvas de verão  ar 
quente sobe durante o dia e chove 
à noite
Precipitações Convectivas
41
Precipitações Convectivas
43
Características:
Distribuição: Localizada, com grande variabilidade espacial
Intensidade:Moderada a forte, dependendo do
desenvolvimento verticalda nuvem
Predominância: no período da tarde/ início da noite
Duração: Curta a média (minutos a horas)
Variabilidade Espacial das Chuvas
44
A variabilidade espacial das chuvas
na escala diária, gera também a
variabilidade espacial na escala
mensal, que por sua vez gera tal
variabilidade na escala anual
A figura ao lado ilustra a chuva
acumulada no mês de nov/2004.
Observa-se que os maiores índices
pluviométricos foram observados no
oeste do Paraná, no Acre e no
sudoeste do Amazonas.
Os menores índices de chuva foram
observados no extremo norte das
região Norte, entre o Pará e Roraima,
e também nos estados do CE, RN,
PB, PE e AL.
Variabilidade Temporal das Chuvas no Brasil
45
Dependendo da região do país, as chuvas se distribuem
diferentemente ao longo do ano.
Isso é conseqüência da interação dos diversos fatores
determinantes do clima.
Em João Pessoa, PB, a estação chuvosa se concentra no
meio do ano, enquanto que em Brasília essa estação se
dá entre o final e o início do ano.
Por outro lado, em Bagé (RS), as chuvas se distribuem
regularmente ao longo de todo o ano.
Variabilidade Temporal das Chuvas no Brasil
46
Chuvas Médias Mensais
47
Porto Alegre Cuiabá
Chuvas Médias Mensais
48
Belém Cuiabá
Porto Alegre Florianópolis
Pluviometria
49
Grandezas características das precipitações
• Altura – é a espessura do volume da chuva recolhido e
acumulado em um recipiente cilíndrico, de fundo e bordo
superior horizontais, com forma e área quaisquer da seção
transversal.
• A altura de chuva pode se referir a um tempo qualquer –
minutos, horas, dia, mês, ano – ou ao tempo total de duração
de um “período chuvoso” individualizado, considerado como
uma chuva ininterrupta.
• A altura de chuva é usualmente expressa em milímetros.
50
Grandezas características das precipitações
• Duração – é o intervalo de tempo durante o qual se
considera a ocorrência da precipitação. Pode ser a duração
total do período chuvoso, ou durações menores, parciais.
• A duração de chuva pode ser expressa em minutos, em
horas ou mesmo em dias.
51
Grandezas características das precipitações
• Intensidade – É, por definição, a altura precipitada por
unidade de tempo, ou seja, o quociente entre a altura e a
duração.
• No caso do período chuvoso individualizado, se dividirmos a
altura total pela duração total, teremos a intensidade média
do período.
• Podem também ser determinadas intensidades para
durações parciais do mesmo período chuvoso.
• A intensidade é expressa em milímetros por hora
52
53
Tempo Chuva
0 0
1 0
2 0
3 3
4 0
5 4
6 8
7 12
8 5
9 9
10 7
11 7
12 5
13 1
14 0
15 0
16 0
17 0
18 0
19 0
20 0
21 0
22 0
23 0
24 0
Exemplo de Registro de Chuva
54
Início 03:00
Fim: 13:00
Duração = 10 horas
Duração da Chuva
• Tempo transcorrido entre o início e o fim do evento
chuvoso.
55
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
Chuva Acumulada
56
• Uma chuva que é igualada ou superada 10 vezes em
100 anos tem um período de retorno de 10 anos. A
probabilidade de acontecer esta chuva em um ano
qualquer é de 1/10 (ou 10 %).
• TR = 1/Prob
Probabilidade x tempo de retorno
57
Intensidade das Chuvas
 É a quantidade de chuva por unidade tempo para um
período de recorrência e duração previstos;
 Sua determinação, em geral, é feita através de
análise de curvas que relacionam
intensidade/duração/frequência
Grandezas características das precipitações
Grandezas características das precipitações
• Freqüência e Período de Recorrência – A freqüência é
uma característica estatística da precipitação.
• As chuvas são fenômenos físicos naturais que podem ser
considerados como aleatórios, diante da enorme diversidade
de variáveis que as influenciam, muitas dessas variáveis
dependentes de várias outras, e podendo ser, por sua vez,
consideradas também aleatórias.
• Influem sobre as chuvas varíáveis atmosféricas como
temperatura, umidade e variáveis terrestres como o estágio
de crescimento da vegetação.
58
Grandezas características das precipitações
• O próprio homem é um agente que, voluntariamente ou não,
pode influir sobre as precipitações.
• Como decorrência desse quadro, as chuvas podem então
ser estudadas segundo as leis da estatística, e um dos
conceitos que surgem então é o da freqüência.
• Pode se estabelecer, com dados observados de uma certa
localidade, que chuvas com determinadas características
tenham freqüências específicas de ocorrência.
59
Grandezas características das precipitações
• A título de ilustração, é
apresentada na tabela a série
das cinco chuvas mais intensas,
com duração de 10 minutos,
ocorridas em uma localidade X,
selecionadas em um período
total de observações de 50
anos.
Num.
de 
Ordem
Intens.
(mm/h)
Frequ.
(ocorr. 
/ano)
Tempo 
de 
Recor. 
(anos)
1 154,5 0,02 50
2 130,0 0,04 25
3 124,1 0,06 16,7
4 118,6 0,08 12,5
5 116,3 0,10 10
60
Grandezas características das precipitações
• Chuvas de 10 minutos iguais ou
mais intensas que 154,5 mm/h
tiveram freqüência de 1 vez em
50 anos, isto é, 0,02 vezes por
ano.
• Chuvas com 118,6 mm/h ou
mais intensas, tiveram
freqüência de 4 vezes em 50
anos ou 0,08 vezes por ano.
Num.
de 
Ordem
Intens.
(mm/h)
Frequ.
(ocorr. 
/ano)
Tempo 
de 
Recor. 
(anos)
1 154,5 0,02 50
2 130,0 0,04 25
3 124,1 0,06 16,7
4 118,6 0,08 12,5
5 116,3 0,10 10
61
Grandezas características das precipitações
• Como resultado de freqüência, resulta o conceito de tempo
de recorrência ou de repetição, que é, por definição, o
intervalo médio de tempo que ocorrerá entre duas chuvas
de intensidade igual ou maior do que a considerada.
• O tempo de recorrência é, então, igual ao inverso da
freqüência.
• Os tempos de recorrências das chuvas tabeladas, foram,
na mesma ordem, 50, 25, 16,7, 12,5 e 10 anos.
62
Grandezas características das precipitações
• No caso ilustrativo apresentado, foram considerados os
resultados empíricos, da observação direta do posto
pluviométrico em X.
• Pode-se tratar os dados da observação por meio da
análise estatística, passando do conceito de freqüência ao
de probabilidade, e extrapolando as respostas para
períodos superiores aos cobertos pela medição dos
fenômenos.
63
Grandezas características das precipitações
• Convém também lembrar que freqüência, probabilidade ou
tempo de recorrência definem características médias, isto
é, uma chuva com tempo de recorrência de 25 anos
poderá, num intervalo total de 50 anos, ocorrer duas vezes
nos primeiros 5 anos e depois ficar 45 anos sem acontecer.
64
Pluviometria
• A pluviometria refere-se às técnicas adotadas para a
medição das precipitações.
• Por ser um conceito intuitivo e por exigir dispositivos muito
simples, a medição da chuva foi o primeiro fenômeno
hidrológico quantificado pelo homem.
• Há notícias de medição de chuva na India no século IV
A.C.
65
Pluviometria
• No Brasil os registros mais antigos de chuvas são os da
Inspetoria Federal de Obras Contra as Secas (DNOCS) no
nordeste do País e os da Light, na região de São Paulo,
que remontam ao princípio deste século.
66
Pluviometria
• A precipitação é um fenômeno que ocorre extensamente
sobre áreas da superfície terrestre.
• A forma de se medir a precipitação consiste em fazer
amostragens em pontos selecionados, chamados “postos
pluviométricos” .
• A partir destas informações pontuais são aplicados
métodos apropriados de cálculo que permitem sua
extrapolação espacial e a definição de deflúvios pluviais e
alturas equivalentes de chuvas em áreas ou regiões.
67
Medidas Pluviométricas
68
• Exprime-se a quantidade de chuva (h) pela altura de água
caída e acumulada sobre uma superfície plana e
impermeável.
•Ela é avaliada por meio de medidas executadasem pontos
previamente escolhidos, utilizando-se aparelhos denominados
pluviômetros ou pluviógrafos, conforme sejam simples
receptáculos da água precipitada ou registrem essas alturas
no decorrer do tempo.
•As medidas realizadas nos pluviômetros são periódicas; em
geral, em intervalos de 24 horas feitas normalmente às 7
horas da manhã.
Pluviometria
• Os postos pluviométricos podem ser grupados em dois
tipos fundamentais:
• Os não registradores e os registradores ou pluviográficos
• Os postos pluviométricos não registradores são providos
de um dispositivo de operação manual, o “pluviômetro”.
69
Medidas Pluviométricas
70
• O pluviômetro ou o pluviógrafo colhem uma pequena
amostra, pois têm uma superfície horizontal de exposição de
500 cm2 e 200 cm2, respectivamente, colocados a 1,50 m do
solo.
• Naturalmente, existem diferenças entre a água colhida a
essa altura e a que atinge o solo, sobre uma área igual, e
muitos estudos têm sido realizados para verifica-las e
determinar suas causas.
• As leituras feitas pelo observador do pluviômetro,
normalmente em intervalos de 24 horas, em provetas
graduadas, são anotadas em cadernetas próprias que são
enviadas à agencia responsável pela rede pluviométrica.
Medidas Pluviométricas
71
Fonte: Sabesp
Pluviômetro
Medidas Pluviométricas
72
• O pluviômetro é instalado em local desabrigado, tendo-se o
cuidado de que a sua distância aos obstáculos próximos –
árvores, edificações, cercas, etc – seja igual ao quádruplo da
altura dos mesmos.
• Outros países admitem que esse afastamento seja de 1 a 2
vezes a altura do obstáculo.
•A borda da bacia de recepção deve ficar perfeitamente
horizontal e a 1,50m do solo.
73
• A operação é simples: om operador uma ou duas vezes por
dia abre o registro , às 7 ou 7 e 17 horas e recolhe a chuva
acumulada em um recipiente de vidro graduado, a proveta
pluviométrica, em cuja escala é feita diretamente a leitura da
altura de chuva.
Medidas Pluviométricas
Estação 
Nº:
Dia 7h 17h Observ. Dia 7h 17h Observ.
1 16
2 17
... ...
14 29
15 30
Total: Maxima: Nº dias de chuva:
Observador:
Alturas Diarias de Chuva (mm)
Medida na proveta às 
Localidade: Mês: Ano:
Pluviômetro
• Medidor sem registrador;
• Dados coletados pelo observador 1 vez ao dia (pela
manhã). Em algumas entidades utiliza-se duas vezes ao
dia;
• O totalizador de um dia não permite conhecer como a
precipitação se distribui ao longo do dia
• Fontes de erros: anotações, somar a medição de
precipitações altas (somam valores de 20 mm).
78
Pluviógrafo
• Objetivo: O equipamento automático pode ser
necessário devido a falta de observador e dificuldade de
acesso e/ou para conhecer a distribuição da precipitação
dentro do dia
• Sensores: com cubas basculantes ou reservatório com
sifão
• Registradores: (a) mecânico: tambor com relógio e pena
sobre papel milimetrado; (b) eletrônico.
• Transmissão: coleta por observador, equipe de campo;
transmissão por rádio, satélite e celular, dependendo da
distância e custos.
• Os aparelhos mecânicos apresentam maior custo de
processamento e erros.
• Os equipamentos digitais sofrem de interferências e
principalmente impactos dos raios.
79
Uso dos Aparelhos
•Pluviômetros são mais baratos e menor custo
de operação
•Pluviógrafos quando é desejada a
variabilidade temporal no dia
80
Medidas Pluviométricas
• O posto pluviográfico consta de um pluviômetro e um
pluviógrafo, instalado no interior de um cercado quadrado
de 5,00m x 5,00m com 1,50m de altura.
• O pluviógrafo é um dispositivo automático com
mecanismos de relojoaria, baterias, partes móveis e
portanto, sujeito a defeitos e interrupções.
• O pluviômetro instalado ao seu lado tem por objetivo
detectar essas imperfeições, por comparação entre os
registros simultâneos, ou suprir a falta de informação do
pluviógrafo em suas interrupções de funcionamento.
81
82
 O pluviógrafo é mais encontrado nas
estações meteorológicas propriamente ditas
e registra a intensidade de precipitação, ou
seja, a variação da altura de chuva com o
tempo;
 Este aparelho registra em uma fita de papel
em modelo apropriado, simultaneamente, a
quantidade e a duração da precipitação;
Precipitações
83
 A sua operação mais complicada e
dispendiosa e o próprio custo de aquisição do
aparelho, tornam seu uso restrito, embora
seus resultados sejam bem mais importantes
hidrologicamente.
Precipitações
84
 Pluviógrafo
Precipitações
85
 Pluviógrafo
 Pluviógrafo é constituído de duas unidades:
elemento receptor e elemento registrador;
Precipitações
Estação Pluviográfica
94Fonte: IPH/UFRGS
Pluviógrafo
95Fonte: IPH/UFRGS
Pluviógrafo
96Fonte: IPH/UFRGS e SABESP
Pluviogramas
97
•Os gráficos produzidos pelos pluviógrafos são chamados de
pluviogramas.
•São gráficos nos quais as abscissas correspondem às horas
do dia e as ordenadas à altura da precipitação acumulada até
aquele instante.
•Assim, a inclinação do gráfico em relação ao eixo das
abscissas fornece a intensidade da precipitação.
• A figura a seguir mostra um trecho de um registro de
pluviógrafo.
Pluviogramas
98
99
Pode-se interpretar que:
1) O registro cobre o período de 7:30hs de um dia às 7:15 hs do dia
seguinte e nele ocorreram dois períodos chuvosos;
2) O primeiro período chuvoso ocorreu entre 8:35hs e 12:45hs, com
duração de 4 horas e 10 minutos, altura de 19,1 mm (5,7+10,0+3,4),
intensidade média de 4,6mm/h (19,1/250x60);
3) O segundo período chuvoso, entre 13:40hs e 15:15hs, teve duração,
altura e intensidade e, respectivamente, 1:35h, 1,8mm e 1,1mm/h;
4) A chuva mais intensa com 10 minutos de duração ocorreu entre
10:40hs e 10:50hs, durante o primeiro período chuvoso, com altura de
6,6mm e intensidade de 39,6 mm/h.
5) A altura total de chuva precipitada e registrada no pluviograma foi de
20,9mm (19,1+1,8).
Pluviogramas
100
Pluviogramas
101
• Os pluviômetros ou pluviógrafos estão sujeitos a erros de
medição que podem ser acidentais ou sistemáticos.
• Os erros acidentais são aqueles que resultam do vento, do
observador, ao não esvaziar totalmente o reservatório do
pluviômetro, ou ao inclinar a proveta por ocasião da leitura,
ou a erros acidentais de leitura ou de anotação.
• Os erros sistemáticos são aqueles que resultam de defeito
do aparelho - horizontalidade, altura do solo, proximidade
de obstáculos – vazamentos, entupimentos, desonestidade
do observador.
Pluviogramas
102
• O critério de opção entre o posto pluviométrico não
registrador e o registrador depende dos objetivos que se
tem em mente e das condições naturais existentes.
• O pluviômetro fornece uma informação de alturas de
chuvas acumuladas;o pluviógrafo dá um registro continuo,
podendo-se tomar intensidades médias em tempos tão
pequenos quanto o permita o traçado gráfico, inclusive
sendo possível calcular intensidades instantâneas, como
tangentes ao gráfico do pluviograma.
Pluviogramas
103
• No caso de pequenas bacias naturais ou de bacias
urbanas nas quais o tempo de concentração é reduzido –
às vezes algumas horas ou poucas dezenas de minutos – é
imprescindível dispor-se de aparelhos registradores de
chuvas já que terão interesse maior as precipitações de
curta duração, não perceptíveis pelo registro dos
pluviômetros.
• Nas grandes bacias, cujos tempos de concentração são
suficientemente grandes para permitir a utilização das
leituras dos pluviômetros, usam-se também postos
pluviograficos para estudos gerais das precipitações
(intensidade, etc)
Pluviogramas
Radar Meteorológico
• A precipitação é um elemento de tempo altamente
variável
• Devido a esta variabilidade a medida de chuva
realizada num posto não pode representar a
precipitação de uma região.
• É necessária uma rede de postos bem distribuídos na
região ou o auxílio de um radar meteorológico.
• O RADAR (Radio Detection And Ranging) tem se
tornado essencial para os cientistas que trabalham
com elementos atmosféricos, trazendoinformações de
regiões inacessíveis e possibilitando estimativas
temporais e espaciais mais abrangentes.
104
Organização das Redes 
• A quantidade ideal de postos pluviométricos a ser instalada em uma
determinada área depende essencialmente da finalidade dos estudos a que
se destinam os dados colhidos e da homogeneidade da distribuição das
precipitações.
• Deve-se distinguir as redes básicas destinadas a recolher
permanentemente os elementos necessários ao conhecimento do regime
pluviométrico de um País (ou Estado) e as redes regionais destinadas a
fornecer informações para estudos específicos de bacias hidrográficas.
107
Organização das Redes 
• As redes básicas são constituídas em geral de pluviômetros e
um numero restrito de pluviógrafos localizados em pontos de
maior interesse (concentrações urbanas por exemplo) – tem
sido admitido uma média de 1 posto por ou 400km2 ou 500
km2.
• Estas redes básicas são mantidas permanentemente por
órgãos oficiais que publicam sistematicamente os resultados
das observações.
108
Organização das Redes 
• As redes regionais variam conforme sua finalidade, a extensão
de área coberta, as características da bacia hidrográfica, etc.
• A distribuição dos postos, além de tudo, depende da
possibilidade de obtenção de observadores capazes, e em
ultima análise, das disponibilidades financeiras.
109
Hietogramas 
• Os hietogramas são gráficos de barras cuja abscissa
representa a escala de tempo e a ordenada a altura da
precipitação. A leitura de um ietograma é feita da seguinte
forma: a altura da precipitação correspondente à cada barra é
a precipitação total que ocorreu durante aquele intervalo de
tempo.
110
Análise dos Dados
111
Manipulação e Processamento dos Dados Pluviométricos 
112
Os dados lidos nos pluviômetros são lançados diariamente pelo observador
na folhinha própria, que remete-a no fim de cada mês para a entidade
encarregada.
Antes do processamento dos dados observados nos postos, são feitas
algumas análises de consistência dos dados:
1) Detecção de erros grosseiros
Como os dados são lidos pelos observadores, podem haver alguns erros
grosseiros do tipo:
• observações marcadas em dias que não existem (ex.: 31 de abril);
• quantidades absurdas (ex.: 500 mm em um dia);
• erro de transcrição (ex.: 0,36 mm em vez de 3,6 mm).
No caso de pluviógrafos, para verificar se não houve defeito na sifonagem,
acumula-se a quantidade precipitada em 24 horas e compara-se com a
altura lida no pluviômetro que fica ao lado destes.
Manipulação e Processamento dos Dados Pluviométricos 
113
2) Preenchimento de falhas
Pode haver dias sem observação ou mesmo intervalo de tempo maiores,
por impedimento do observador ou o por estar o aparelho danificado.
Nestes casos, os dados falhos, são preenchidos com os dados de 3 postos
vizinhos, localizados o mais próximo possível, da seguinte forma:








 C
C
x
B
B
x
A
A
x
x P
N
N
P
N
N
P
N
N
P
3
1
Px é o valor de chuva que se deseja determinar;
Nx é a precipitação média anual do posto x;
NA, NB e NC são, respectivamente, as precipitações médias anuais do postos 
vizinhos A, B e C;
PA, PB e PC são, respectivamente, as precipitações observadas no instante 
que o posto x falhou.
Manipulação e Processamento dos Dados Pluviométricos 
114
3) Verificação da homogeneidade dos dados (Análise de Dupla Massa 
ou Duplo Acumulativo)
Mudanças na locação ou exposição de um pluviômetro podem causar
um efeito significativo na quantidade de precipitação que ele mede,
conduzindo a dados inconsistentes (dados de natureza diferente
dentro do mesmo registro).
A verificação da homogeneidade dos dados é feita através da análise de
dupla-massa.
Este método compara os valores acumulados anuais (ou sazonais) da
estação X com os valores da estação de referência, que é usualmente a
média de diversos postos vizinhos.
Manipulação e Processamento dos Dados Pluviométricos 
115
3) A consistência do registro de uma precipitação é testada através da
análise de dupla-massa.
Este método compara os valores acumulados anuais (ou
alternativamente sazonais) da estação Y com os valores da estação
de referencia X.
A estação de referência é usualmente a média de diversas estações
vizinhas.
Os pares cumulativos (valores dupla-massa) são plotados em um
sistema de coordenadas cartesianas XY, e o gráfico é examinado
para encontrar mudanças de direção.
Se o gráfico é essencialmente linear, os registros da estação Y são
consistentes.
Se o gráfico mostra uma mudança de inclinação, o registro da
estação Y é inconsistente e deve ser corrigido.
Manipulação e Processamento dos Dados Pluviométricos 
116
3) Essa correção é feita pelo ajuste dos registros anteriores à
mudança de inclinação para refletir o novo estado.
Para executar a correção, os registros de precipitação anteriores
são multiplicados por uma taxa de correção.
Esta taxa é formada pelo quociente entre o coeficiente angular da
reta após a mudança de declividade e o coeficiente angular da reta
antes da mudança de declividade.
Manipulação e Processamento dos Dados Pluviométricos 
117
3) Verificação da homogeneidade dos dados
A figura abaixo mostra um exemplo de aplicação desse método, no
qual a curva obtida apresenta uma mudança na declividade, o que
significa que houve uma anormalidade
Manipulação e Processamento dos Dados Pluviométricos 
118
3) Verificação da homogeneidade dos dados
A correção dos dados inconsistentes podem ser feitas da seguinte forma:
0
0
P
M
M
P aa 
onde Pa são os valores corrigidos;
P0 são dados a serem corrigidos;
Ma é o coeficiente angular da reta no período mais recente;
M0 é o coeficiente angular da reta no período anterior à sua 
inclinação.
Precipitação Média na Bacia
119
h
120
Precipitações Média de uma Bacia (Métodos):
Para calcular a precipitação média de uma superfície qualquer, é
necessário utilizar as observações dos postos dentro dessa superfície
e nas suas vizinhanças.
 Média Aritmética  processo mecânico;
 Método de Thiessen  processo mecânico;
 Método das Isoietas  critério de quem o aplica.
 Determinam a altura média de uma precipitação em uma área.
121
122
Precipitação Média numa Bacia
Precipitação = variável com grande heterogeneidade espacial
123
 Método: Média Aritmética
• Consiste simplesmente em se somarem as precipitações
observadas nos postos que estão dentro da bacia e dividir
o resultado pelo número deles.
• Não recomendado para áreas com grandes variações de
precipitação bacias menores que 5.000 km2;
• Para regiões planas ou levemente onduladas  com
postos pluviométricos uniformemente distribuídos;
• Usado apenas para comparações.
Precipitação Média de uma Bacia
124
 Método da Média aritmética
Consiste simplesmente em se somarem as precipitações 
observadas nos postos que estão dentro da bacia e dividir o 
resultado pelo número deles.
onde é chuva média na bacia;
hi é a altura pluviométrica registrada em cada posto; 
n é o número de postos na bacia hidrográfica.
Este método só é recomendado para bacias menores que 5.000 
km2, com postos pluviométricos uniformemente distribuídos e a 
área for plana ou de relevo suave. Em geral, este método é 
usado apenas para comparações.
h
n
h
h
n
i
i
 1
125
50 mm
66 mm
44 mm
40 mm
42 mm
Média aritmética (método mais simples)
Precipitação média numa bacia
• 66+50+44+40= 200 mm
• 200/4 = 50 mm
• Pmédia = 50 mm
126
50 mm
70 mm
120 mm
• 50+70= 120 mm
• 120/2 = 60 mm
• Pmédia = 60 mm
Obs.: Forte 
precipitação 
junto ao divisor não 
está sendo considerada
Precipitação média numa bacia
Problemas da média
127
Precipitação Média de uma Bacia
Método de Thiessen (Polígonos de Thiessen)
• Os postos são unidos por linhas retas, que dividem
a área total em uma série de triângulos;
• São baixadas perpendiculares ao meio dessas
linhas, formando-se uma série de polígonos;
•Aceita estações fora da bacia hidrográfica;
• Aceita programas computacionais.
128
Método de Thiessen
Os polígonos são traçados da seguinte forma:
 Dois postos adjacentes são ligados por um segmento de reta;
 Traça-se a mediatriz deste segmento de reta.
 Esta mediatriz divide para um lado e para outro, as regiões de “domínio”.
129
Método de Thiessen
130
Este procedimento é realizado, inicialmente, para um posto
qualquer (ex.: posto B), ligando-o aos adjacentes.
Define-se, desta forma, o polígono daquele posto.
Método de Thiessen
131
Método de Thiessen
132
 Repete-se o mesmo procedimento para todos os postos.
 Desconsidera-se as áreas dos polígonos que estão fora da bacia.
A precipitação média na bacia é calculada pela expressão:
Onde Ai é a área do respectivo polígono, dentro da bacia (km2);
A é a área total da bacia.
A
PA
P
n
i
ii
 1
h
133



n
i
ii
PaP
1
• Polígonos de Thiessen
50 mm
70 mm
120 mm
Áreas de influência de
cada um dos postos
ai = fração da área da bacia 
sob influencia do posto I
Pi = precipitação do posto i
Precipitação média 
por Thiessen
134
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
135
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
1 – Linha que une dois 
postos pluviométricos 
próximos
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
136
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
2 – Linha que divide ao
meio a linha anterior
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
137
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
2 – Linha que divide ao
meio a linha anterior
Região de influência
dos postos
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
138
50 mm
120 mm
70 mm
82 mm75 mm
3 – Linhas que unem
todos os postos
pluviométricos vizinhos
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
139
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
4 – Linhas que dividem
ao meios todas as
anteriores
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
140
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
5 – Influência de
cada um dos postos
pluviométricos
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
141
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
5 – Influência de
cada um dos postos
pluviométricos
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
142
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
5 – Influência de
cada um dos postos
pluviométricos
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
143
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
5 – Influência de
cada um dos postos
pluviométricos
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
144
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
5 – Influência de
cada um dos postos
pluviométricos
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
145
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
5 – Influência de
cada um dos postos
pluviométricos
40%
30%
15%
10%
5%
Definição dos 
Polígonos de Thiessen
0,15*120+0,4*70+0,3*50+0,05*75+0,1*82
146
 Isoietas são linhas indicativas de mesma altura
pluviométrica. Podem ser consideradas como “curvas
de nível de chuva”;
 O espaçamento entre eles depende do tipo de
estudo, podendo ser de 5 em 5 mm, 10 em 10 mm,
etc;
 O traçado das isoietas é feito da mesma maneira que
se procede em topografia para desenhar as curvas
de nível, a partir das cotas de alguns pontos
levantados.
Método das Isoietas
147
Mapas de 
chuva
Linhas de mesma
precipitação são 
chamadas
ISOIETAS
148
Descreve-se a seguir o procedimento de traçado das isoietas:
1)Definir qual o espaçamento desejado entre as isoietas.
2)Liga-se por uma semi-reta, dois postos adjacentes, colocando suas
respectivas alturas pluviométricas.
3)Interpola-se linearmente determinando os pontos onde vão passar as curvas
de nível, dentro do intervalo das duas alturas pluviométricas.
4)Procede-se dessa forma com todos os postos pluviométricos adjacentes.
5)Ligam-se os pontos de mesma altura pluviométrica, determinando cada
isoieta
Método das Isoietas
149
6) A precipitação média é obtida por:
Onde:
P é a precipitação média na bacia (mm); 
Pi é a média aritmética das duas isoietas seguidas i e (i + 1) ;
Ai é a área da bacia compreendida entre as duas respectivas 
isoietas (km2);
A é a área total da bacia (km2).
Método das Isoietas
A
AP
P
n
i
ii


 1
150
Método das Isoietas
151
Planialtimetrando as áreas entre as isoietas
adjacentes  a precipitação média é calculada
pela equação de Thiessen, onde:
A áreas entre as isoietas sucessivas;
P  precipitações médias nas respectivas áreas;
Método das Isoietas
152
Método de Thiessen e Método das Isoietas
Vantagem: postos situados à pequenas
distâncias e do outro lado do contorno da
bacia hidrográfica são considerados
Precipitação Média na Bacia
Análise das Chuvas Intensas
153
Leis das Precipitações 
• Leis das Precipitações – Equações de Chuvas num Ponto
A análise do regime pluviométrico em um ponto, no posto
pluviométrico, ou estendido à área de precipitação, permite
tirar certas conclusões genéricas que facilitam a interpretação
do fenômeno.
Essas “leis das precipitações” evidenciam-se nas equações
que relacionam entre si as grandes características das chuvas
e às áreas de precipitação.
154
Leis das Precipitações 
As Leis podem ser resumidamente enunciadas:
1) A intensidade das precipitações com o mesmo tempo de
recorrência é inversamente proporcional à sua duração.
2) A intensidade das precipitações com a mesma duração é
diretamente proporcional ao seu tempo de recorrência.
3) A intensidade das precipitações é inversamente
proporcional à sua área de precipitação.
4) Em um determinado período chuvoso, as intensidades ou
as alturas de precipitação decrescem do centro da área de
precipitação para a sua periferia, segundo uma lei
aproximadamente parabólica
155
• As chuvas intensas são as causas das cheias e as
cheias são causas de grandes prejuízos quando os rios
transbordam e inundam casas, ruas, estradas, escolas,
podendo destruir plantações, edifícios, pontes etc. e
interrompendo o tráfego.
• As cheias também podem trazer sérios prejuízos à
saúde pública ao disseminar doenças de veiculação
hídrica.
156
Chuvas intensas
• Por estes motivos existe o interesse pelo conhecimento
detalhado de chuvas máximas no projeto de estruturas
hidráulicas como bueiros, pontes, canais e vertedores.
• O problema da análise de freqüência de chuvas máximas
é calcular a precipitação P que atinge uma área A em
uma duração D com uma dada probabilidade de
ocorrência em um ano qualquer.
• A forma de relacionar quase todas estas variáveis é a
curva de Intensidade – Duração – Freqüência
(conhecida como curva IDF).
157
Chuvas intensas
• A curva IDF é obtida a partir da análise estatística de séries longas de
dados de um pluviógrafo (mais de 15 anos, pelo menos).
• A metodologia de desenvolvimento da curva IDF baseia-se na
seleção das maiores chuvas de uma duração escolhida (por exemplo
15 minutos) em cada ano da série de dados.
• Com base nesta série de tamanho N (número de anos) é ajustada
uma distribuição de freqüências que melhor represente a distribuição
dos valores observados.
• O procedimento é repetido para diferentes durações de chuva (5
minutos; 10 minutos; 1 hora; 12 horas; 24 horas; 2 dias; 5 dias) e os
resultados são resumidos na forma de um gráfico, ou equação, com a
relação das três variáveis: Intensidade, Duração e Freqüência (ou
tempo de retorno).
158
Chuvas intensas
159
Chuvas Intensas
• Conjunto de chuvas originadas de uma mesma perturbação
meteorológica, cuja intensidade ultrapassa um certo valor (chuva
mínima)
• A duração destas precipitações varia desde alguns minutos até
algumas dezenas de horas e a área atingida pela mesma pode
varia desde alguns poucos quilômetros até milhares de
quilômetros quadrados.
• O conhecimento das características das precipitações intensas
apresenta grande interesse, tanto de ordem técnica quanto de
ordem científica, por sua freqüente aplicação na agricultura e
nos projetos de obras hidráulicas em geral, tais como projetos de
drenagem de grandes centros populacionais, onde os
coeficientes de escoamentosuperficiais são bastante elevados.
160
Chuvas Intensas
Curvas de Intensidade e duração
• Dados de precipitações intensas – obtidos dos registros
pluviográficos sob a forma de pluviogramas.
• Desses pluviogramas pode-se estabelecer, para diversas
durações, as máximas intensidades ocorridas durante uma dada
chuva (não é necessário que as durações maiores incluam as
menores).
•Durações usuais – 5,10,15,30 e 45 min; 1,2,3,6,12 e 24 horas
•Limite inferior = 5 min – menor intervalo que se pode ler nos
pluviogramas com precisão
•Limite superior = 24 h – para durações maiores que este valor,
podem ser utilizados dados observados em pluviômetros
161
Chuvas Intensas
O numero de intervalos de duração citado fornece pontos
suficientes para definir curvas de intensidade-duração da
precipitação, referentes a diferentes freqüências de ocorrência.
Série de máximas intensidades pluviométricas: 
 série anual  constituída pelos mais altos valores 
observados em cada ano (mais significativa).
 série parcial  constituída de “n” maiores valores 
observados no período total de observação, 
sendo “n” o nº de anos no período.
162
Chuvas Intensas
Freqüência das maiores precipitações em Curitiba (em mm):
163
Chuvas Intensas
Precipitações da tabela anterior transformadas em
intensidades (em mm/min).
Durações (em min.) 
i 5 10 15 20 30 45 60 90 120 
1 
2 
3 
4 
. 
. 
 
31 
3,68 
3,38 
3,10 
3,02 
. 
. 
 
1,94 
2,67 
2,49 
2,48 
2,39 
. 
. 
 
1,62 
2,28 
2,18 
2,18 
2,16 
. 
. 
 
1,31 
2,26 
2,05 
1,90 
1,86 
. 
. 
 
1,17 
1,82 
1,75 
1,53 
1,39 
. 
. 
 
0,95 
1,63 
1,46 
1,38 
1,08 
. 
. 
 
0,70 
1,25 
1,16 
1,16 
1,09 
. 
. 
 
0,58 
0,91 
0,80 
0,80 
0,79 
. 
. 
 
0,43 
0,68 
0,61 
0,60 
0,60 
. 
. 
 
0,33 
 
164
Chuvas Intensas
A probabilidade ou freqüência de ocorrência pode ser dada por:
(Fórmula de Kimbal)
Para i = 3  
09375,0
131
3


F
09375,0
111

FP
T
T = 10,67 anos
1

n
i
FP
165
• Tomar o valor máximo de chuva diária de cada ano de um
período de N anos.
• Organizar N valores de chuva máxima em ordem
decrescente.
• A cada um dos valores pode ser associada uma
probabilidade de que este valor seja atingido ou excedido
em um ano qualquer.
• Fórmula empírica: )1N(iP 
Chuva máxima anual
166
• Uma chuva que é igualada ou superada 10 vezes em 100
anos tem um período de retorno de 10 anos. A
probabilidade de acontecer esta chuva em um ano
qualquer é de 1/10 (ou 10 %).
• TR = 1/Prob
Probabilidade x tempo de retorno
167
• Microdrenagem urbana: 2 a 5 anos
• Drenagem urbana: 5 a 25 anos
• Pontes e bueiros com pouco trânsito: 10 a 100 anos
• Pontes e bueiros com muito trânsito: 100 a 1000 anos
• Grandes obras hidráulicas: 10.000 anos
Tempos de retorno adotados
171
A curva IDF
Intensidade
Duração
Frequência
Equações IDF
172
  793,0d
0,143
326,13t
TR806,268
 


I
 dc
I



d
b
t
TRa
 
Aeroporto
Normalmente são equações do tipo:
em que os valores de a, b, c e d são determinados empiricamente
Exemplo para Porto Alegre:
Tempo de 
retorno em 
anos
Duração da
precipitação 
em minutos
Intensidade da 
chuva (mm/h)
173
• Qual é a precipitação máxima de 1 hora de duração
em Porto Alegre?
• ?????
• Qual é a precipitação máxima de 1 hora de duração
em Porto Alegre com 1% de probabilidade de ser
excedida em um ano qualquer?
Exemplo de uso da curva IDF
174
Variação das Precipitações Intensas com a Área
A relação entre a chuva média na área e a chuva num dado ponto 
tende a diminuir à medida que a área cresce (ábaco do U.S Weather 
Bureau)
As chuvas mais intensas do mundo
175
176
Equações de Chuvas Intensas
Nas três equações abaixo, i é a intensidade da chuva em
mm/h, T é o período de retorno em anos e t é a duração da
chuva em minutos.
Para São Paulo (eng. Paulo Sampaio Wilken):
Para Rio de Janeiro (eng. Ulysses Alcântara):
Para Curitiba (eng. Parigot de Souza):
  025,1
172,0
22
.7,3462


t
T
i
74,0
15,0
)20(
.1239


t
T
i
15,1
217,0
)26(
.5950


t
T
i
177
Equação de chuva para o Sertão
178
Ábaco de Chuvas Intensas
179
Exercício - Exemplo
Calcular a intensidade da chuva para seguintes condições: 
• Cidade de São Paulo 
• Período de retorno de 50 anos e duração de 80 minutos.
Resposta: 
Equação da chuva intensa para cidade de São Paulo:
i=?
T = 50 anos;
t = 80 minutos.
  025,1
172,0
22
.7,3462


t
T
i
 
mm/h i 3,59
5,114
4,6786
2280
50.7,3462
025,1
172,0



180
Exercícios
1) Dada a série de totais anuais de precipitação dos postos
pluviométricos A, B e C, verifique a consistência dos dados do posto C
em relação aos postos A e B.
Caso observe mudança de declividade da curva dupla-massa, corrija
os prováveis valores inconsistentes.
Ano Totais anuais de chuva (mm).
Posto A Posto B Posto C
1970
1971
1972
1973
1974
1975
1976
1977
1978
1979
1980
1990
2515
1255
1270
1465
1682
2103
2410
2308
1690
1970
1910
2413
1206
1206
1407
1608
2011
2312
2212
1608
1890
1898
2400
1201
1204
1402
1598
1999
1002
2200
1602
1880
181
Exercícios
2) 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.
182
Exercícios
1. Comparar chuvas convectivas, orográficas e frontais.
2. Por que as medições de chuva são necessárias?
3. Por que os pluviógrafos são essencialmente instalados
nas estações meteorológicas?
4. Explicar o funcionamento de um pluviômetro e de um
pluviógrafo.
5. O que é intensidade de chuva? Como se determina?
6. O que são equações de chuva? Qual a relação com a
intensidade do fenômeno?
183
Referências Bibliográficas
• Notas de Aula e apresentações do prof. Walter Collischonn
– IPH/UFRGS
• Notas de Aula e apresentações do prof. Carlos Tucci –
IPH/UFRGS
• Villela, S.M, Mattos,A – Hidrologia Aplicada – Mc Graw Hill
• Pinto,N.L.S.,Holtz,A.C.T.,Martins,J.A.,Gomide,F.L.S.-
Hidrologia Básica – Ed. Edgard Blucher Ltda.
• Notas de Aula e apresentação do prof. Paulo Cesar
Sentelhas (ESALQ/USP)