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Disciplina: Hidrologia Aplicada Aula 4 – Precipitação Precipitação – Conceito “... A água proveniente do vapor d’água da atmosfera depositada na superfície terrestre de qualquer forma, como chuva, granizo, orvalho, neblina, neve ou geada.” (PINTO; et al., 1976). Para nosso interesse = chuva = bastante comum; contribui para a vazão dos cursos d’água. Tipos de Precipitação Movimento vertical das massas de ar = principal requisito na formação das precipitações; Assim, as precipitações são classificadas de acordo com as condições que produzem o movimento vertical do ar: precipitações orográficas; precipitações convectivas; precipitações ciclônicas (ou frontais). Orográfica As precipitações orográficas resultam da ascensão mecânica de correntes de ar úmido horizontais sobre barreiras naturais, tais como montanhas; Essas chuvas são de pequena intensidade, grande duração e cobrem pequenas áreas. Convectiva São típicas das 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. As precipitações convectivas são de grande intensidade e curta duração, concentradas em pequenas áreas (chuvas de verão). São importantes para projetos em pequenas bacias. Ciclônicas Estão associadas com o movimento de massas de ar de regiões de alta pressão para regiões de baixa pressão; Encontro de massas de ar de características distintas (ar quente + ar frio); Precipitação frontal – ascensão do ar quente sobre o ar frio; As precipitações ciclônicas são de longa duração e apresentam intensidades de baixa a moderada, espalhando-se por grandes áreas. Por isso são importantes, principalmente no desenvolvimento e manejo de projetos em grandes bacias hidrográficas. Figura 1 – esboço das precipitações Medidas pluviométricas Grandezas As grandezas que caracterizam uma chuva são altura, duração e intensidade (Bertoni e Tucci, 1993): Altura pluviométrica (h): é a espessura média da lâmina d’água precipitada que recobriria a região atingida pela precipitação, admitindo-se que essa água não evaporasse, não infiltrasse, nem se escoasse para fora dos limites da região. Expressa em mm. Duração (t): é o período de tempo durante o qual a chuva cai. As unidades normalmente são o minuto ou a hora. Intensidade (i): é a precipitação por unidade de tempo, obtida como a relação i=h/t. Expressa-se, normalmente em mm/h Exemplo de intensidade Total precipitado = 61 mm Duração da chuva = 10 horas Intensidade média = 6,1 mm/hora Intensidade média do dia = 61/24 = 2,5 mm/hora Precipitação Média em bacias A maioria dos problemas hidrológicos requer a determinação da altura de chuva ocorrida em uma bacia hidrográfica. Devido a precipitação, pela própria natureza do fenômeno, não ocorrer de modo uniforme sobre toda a bacia, é necessário calcular a altura média precipitada. Existem três métodos para essa determinação: o método aritmético, o método de Thiessem e o método das Isoietas Método aritmético Média aritmética (método mais simples) • 66+50+44+40= 200 mm • 200/4 = 50 mm • Pmédia = 50 mm Método das Isoietas Em vez de pontos isolados de precipitação, determinados pelos aparelhos, utilizam- se as curvas de igual precipitação (isoietas), o traçado das curvas é simples e semelhante ao das curvas de nível. Como em mapa topográfico as linhas representam mesma altura, as isoietas representam igual precipitação (quantidade de chuva que cai, mm). 50 mm 66 mm 44 mm 40 mm 42 mm Método de Thiessen Dois postos adjacentes são ligados por uma reta; Em seguida traça-se mediatrizes, as quais formam polígonos; Estes polígonos formam a área de influência de cada posto. Período de Retorno O período de retorno (ou tempo de recorrência) de um evento é o tempo médio (em anos) em que esse evento é superado ou igualado pelo menos uma vez. É definido por: Tr = 1/P Se o período de retorno for bem inferior ao número de anos de observação, “Tr” poderá dar uma boa ideia do valor real de “P”. Entretanto, para grandes períodos de retorno, as observações deverão ser ajustadas a uma distribuição de probabilidades, de modo que o cálculo da probabilidade possa ser efetuado de modo mais correto. Períodos de Retorno usualmente adotados para obras de Engenharia 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 Chuvas intensas 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. 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 frequência 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 – Frequência (curva IDF). 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 frequências 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 Frequência (ou tempo de retorno). Equação de Chuvas Intensas i = Intensidade 𝑖 = 𝑐1 .𝑇𝑟 𝑐2 (t + 𝑐3) 𝑐4 TR = Tempo de Retorno em anos t = duração em minutos c1, c2, c3 e c4 = coeficientes ajustáveis para cada região Equações: Intensidade – Duração – Frequência para algumas cidades brasileiras São Paulo Curitiba Rio de Janeiro Belo Horizonte 025,1 172,0 22 7,3462 t T i 74,0 15,0 20 1239 t T i 15,1 217,0 26 154,99 t T i 84,0 10,0 20 87,1447 t T i
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