Precipitação (tipos, medição, interpretação, chuva média) - USP

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Universidade de São Paulo 
Escola Politécnica da 
Universidade de São Paulo 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental 
Parte 1 de 2 
Precipitações 
Tipos, medição, interpretação, 
chuva média 
PHA2307 
Hidrologia Aplicada 
Prof. Dr. Arisvaldo Méllo 
Prof. Dr. Joaquin Bonnecarrere 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA 
Objetivos da Aula 
1. Conhecer o processo físico de formação das 
chuvas e seus tipos 
2. Saber como se medem as chuvas 
3. Conhecer as representações gráficas do totais 
precipitados (pluviogramas e hietogramas). 
4. Conhecer a sazonalidade das chuvas 
5. Conhecer as variabilidades das chuvas no 
mundo, no Brasil e em São Paulo 
6. Saber traçar os polígonos de Thiessen 
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Precipitação 
 Fenômeno alimentador da fase terrestre do 
ciclo hidrológico 
 Fator importante para os processos de 
escoamento superficial direto, infiltração, 
evaporação, transpiração, recarga de 
aqüíferos, vazão básica dos rios e outros 
 Dado importante para planejamento de 
longo prazo, pois sofre menos influências 
diretas de alterações antrópicas 
provocadas no meio 
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Hietograma 
Bacia Saída da 
Bacia 
Hidrograma V
a
z
ã
o
 (
m
3
/s
) 
Tempo (h) 
 Dado importante para planejamento de longo prazo, pois 
sofre menos influências diretas de alterações antrópicas 
provocadas no meio 
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6,5oC para cada 1000 m 
- Grande aumento da ToC em razão do 
recebimento de radiação e devido ao ar 
ser rarefeito 
- Sujeita à atividade solar 
Temperatura x Altitude 
Acima de 60 km (Ionosfera): camada 
intensamente eletrificada, importante 
para transmissão de ondas de rádio 
Camada de O3 absorve radiação 
ultravioleta e causa aquecimento na 
camada acima 
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Formação das nuvens 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA 
Transferência de calor na atmosfera 
 Convecção: processo de 
condução de calor numa 
massa de ar 
 Advecção: transferência 
de vapor de superfície de 
água líquida para a 
atmosfera causado pelo 
vento 
 Radiação 
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Formação das nuvens 
Convecção 
Convergência Ascensão por Frentes 
Topografia 
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Processos de precipitação 
Tamanho relativo da gota de chuva, gota de nuvem e núcleo de 
condensação. 
Colisão-coalescência 
Cristal de gelo 
1m = 1 micrômetro = 10-6 m 
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Chuva 
Granizo 
Neve 
Tipos de Precipitação 
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Formação das gotas de chuva nas nuvens 
 Processos de Crescimento das Gotas de 
Chuva nas Nuvens 
 Coalescência 
 Atração Iônica 
 Agrupamentos por choques entre 
partículas 
Gotas de chuva na nuvem, 
eletricamente carregadas 
Qual o valor da corrente elétrica de uma descarga 
elétrica durante uma tempestade? 
𝑖 =
𝑄
∆𝑡
 
i - corrente elétrica (Ampère); Q – carga 
elétrica (Coulomb); t – tempo (s) 
𝑄 = 𝑛 ∙ 𝑒 
n – número de elétrons; e – constante de 
Coulomb (1,6.10-19 C) 
𝑄 = 1,5 ∙ 1023 ∙ 1,6 ∙ 10−19 = 2,4 ∙ 104 C 
𝑖 =
2,4 ∙ 104
0,8
= 3 ∙ 104 A = 30 kA 
Estima-se que 1,5.1023 elétrons 
se desloquem das nuvens em 
direção ao solo em 0,8 s. 
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Quente 
Frio 
Causas da ascenção de ar úmido 
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Frente Quente Frente Fria 
Ar Quente 
Ar Quente 
Ar Frio 
Ar Quente 
Ar Frio 
Chuvas ciclônicas (ou de Frente) 
Baixas intensidades 
Longa duração 
Grandes áreas de atuação 
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Elevação frontal: quando 
o ar quente é elevado 
sobre o ar mais frio 
Precipitação intensa 
de curta duração 
Precipitação suave de 
longa duração 
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Chuvas Convectivas (ou de Verão) 
 Grandes 
intensidades 
 Curtas durações 
 Pequena 
abrangência 
espacial 
 Grande impacto 
em drenagem 
urbana 
 
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Chuvas Orográficas 
 Influência da topografia 
 
 Intensidades variáveis 
 
 Impactos em pequenas 
bacias em serras 
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Estação pluviográfica 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA Fonte: SABESP 
Pluviógrafo de Cuba Basculante 
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Pluviógrafo de Cuba Basculante 
volume = 
0,25 mm 
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Fonte: SABESP 
Pluviógrafo de Caçamba 
Estação 
Remota de 
Telemetria 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA Fonte : Sabesp 
Pluviômetro 
Pluviômetro 
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Pluviômetro 
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Pluviógrafo 
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De Bóia – Tipo Hellman 
Pluviógrafo de Bóia 
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Papel para Pluviograma 
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Pluviograma 
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h
 (
m
m
) 
Tempo (minuto) 
t
h
i


Intensidade = 
tg a =i 
Pluviograma (intensidade de chuva) 
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Hietograma
2.52.83.0
3.84.14.3
6.97.6
27.4
29.0
7.67.6
6.16.1
4.63.83.83.03.03.03.03.03.03.0
0
5
10
15
20
25
30
35
15 45 75 10
5
13
5
16
5
19
5
22
5
25
5
28
5
31
5
34
5
Tempo (min)
P
re
c
ip
 (
m
m
)
Hietograma 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA 
Hietograma
2.52.83.03.84.14.3
6.97.6
27.4
29.0
7.67.6
6.16.1
4.63.83.8
3.03.03.03.03.03.03.0
0
5
10
15
20
25
30
35
15 45 75 10
5
13
5
16
5
19
5
22
5
25
5
28
5
31
5
34
5
Tempo (min)
P
re
c
ip
 (
m
m
)
Hietograma 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA 
Hietograma Acumulado
2.5 5.3
8.4
12.2
16.3
20.6
27.4
35.1
62.5
91.4
99.1
106.7
112.8
118.9
123.4127.3
131.1134.1
137.2140.2
143.3146.3
149.4152.4
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
15 45 75 10
5
13
5
16
5
19
5
22
5
25
5
28
5
31
5
34
5
Tempo (min)
P
re
c
ip
 (
m
m
)
Hietograma acumulado 
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Hietograma Acumulado Adimensional
1.7 3.5
5.5
8.0
10.7
13.5
18.0
23.0
41.0
60.0
65.0
70.0
74.0
78.0
81.0
83.5
86.088.0
90.092.0
94.096.0
98.0100.0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
4.
2
12
.5
20
.8
29
.2
37
.5
45
.8
54
.2
62
.5
70
.8
79
.2
87
.5
95
.8
Tempo (%Duração)
P
re
c
ip
 (
%
T
o
ta
l)
Hietograma acumulado adimensional 
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Consistência dos dados 
(Diagrama Duplo-Acumulativo) 
0 1000 2000 3000 4000 
4000 
3000 
2000 
1000 
0 
Acumulados Médios da Região 
A
c
u
m
u
la
d
o
s
 d
o
 P
o
s
to
 B
a
s
e
 
a) Sem inconsistências 
0 1000 2000 3000 4000 
4000 
3000 
2000 
1000 
0 
Acumulados Médios da Região 
A
c
u
m
u
la
d
o
s
 d
o
 P
o
s
to
 B
a
s
e
 
b) Com mudança de tendência 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA 
Consistência dos dados 
(Diagrama Duplo-Acumulativo) 
c) Com erros de transcrição 
0 1000 2000 3000 4000 
4000 
3000 
2000 
1000 
0 
Acumulados Médios da Região 
A
c
u
m
u
la
d
o
s
 d
o
 P
o
s
to
 B
a
s
e
 
0 1000 2000 3000 4000 
4000 
3000 
2000 
1000 
0 
Acumulados Médios da Região 
A
c
u
m
u
la
d
o
s
 d
o
 P
o
s
to
 B
a
s
e
 
d) Diferentes regimes de chuva 
Departamentode Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA 
Diagrama Duplo-Acumulativo 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA 
Sazonalidade das Precipitações 
 Climas quentes da zona intertropical 
 Regime Equatorial: chuvas durante todo o ano, sem estações 
secas definidas 
 Regime Sub-equatorial: dois períodos secos, um no inverno e outro 
no verão 
 Regime Tropical: um período nítido de chuvas no verão 
 Climas temperados da zona subtropical 
 Dominados pelas evoluções das massas de ar 
 Chuvas distribuídas no ano 
 Climas de Monções (Oceano Índico e continentes adjacentes) 
 Dominados pelas correntes eólicas provenientes das diferenças de 
temperatura entre o oceano e o continente 
 Regime de chuvas depende do relevo 
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Sazonalidade das Precipitações 
Ano hidrológico 
 Semestre Seco: Meses do ano em que as 
precipitações médias da série histórica 
referentes a esses meses são inferiores à 
precipitação média dos 12 meses. 
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0 
50 
100 
150 
200 
250 
P
 m
é
d
ia
 m
e
n
s
a
l 
(
m
m
)
Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez
Precipitações Médias Mensais
do Guarapiranga (1907-1996) (mm)
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Exercício 
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Chuva média 
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Distribuição Global de Precipitação 
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http://www.cprm.gov.br/publique
/media/Isoietas_Totais_Anuais_1
977_2006_2011.pdf 
Distribuição das Chuvas Totais Anuais no Brasil 
300mm 
4300mm 
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Distribuição das Chuvas Totais Anuais no 
Estado de São Paulo 
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Variabilidade espacial da chuva 
 Variação depende do tipo de chuva (convectiva ou 
ciclônica) 
 Densidade de postos: existem recomendações 
gerais da OMM 
 Casos específicos: a densidade deve ser maior 
(exemplo: rede telemétrica do Alto Tietê, para 
prevenção de danos por inundações) 
 Curvas de variação da intensidade de uma chuva 
com a área 
 Cálculo da chuva Média sobre uma bacia: polígonos 
de Thiessen e Isoietas 
 
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Variação da Chuva com a área (SCS, 1971) 
𝑃𝐴
𝑃𝐶
= 1 −
𝐴 ∙ 𝐷𝑚
𝑎 + 𝑏 ∙ 𝐴
 
PA – chuva média (mm) para 
a área 
A – área (km2) 
PC – chuva no centro da área 
(mm) 
D – duração da chuva no 
centro (h) 
a, b, m - parâmetros 
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Problema Prático: 
Qual é o volume precipitado sobre uma bacia situada em uma região 
que possui diversos postos que registram valores variados? 
Previsão para hoje: chuvas 
acima da média 
Cálculo da chuva média na bacia 
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Polígonos de 
Thiessen 
Precipitação média na bacia 
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Polígonos de Thiessen 
A1 
A2 
A3 
1 1 2 2 3 3
1 2 3
P A P A P A
Pm
A A A
 

 
Precipitação média na bacia 
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   iii ppp
2
1



n
i
ii pa
A
P
1
.
1
Precipitação média na bacia 
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Chuva média 
Rede 
pluviométrica 
Polígonos de 
Thiessen 
Isoietas 
𝑃 = 1,732 𝑐𝑚 
𝑃 =
0,72 ∙ 20 + 1,54 ∙ 20,1 + 1,65 ∙ 20,1 + 2,3 ∙ 19,6 + 2,45 ∙ 20,2
100
= 1,731 𝑐𝑚 
𝑃 =
2 ∙ 57,5 + 1 ∙ 42,5
100
= 1,575 𝑐𝑚 
P(cm) A(km2)
2 57,5
1 42,5
100
P(cm) A(km2)
0,72 20,0
1,54 20,1
1,65 20,1
2,3 19,6
2,45 20,2
100
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Precipitação média na bacia 
 Método de Thiessen 
 Variação espacial discreta da chuva 
 Resultado é único (independe do autor) 
 Não considera a distribuição espacial de um evento 
 Seu cálculo é facilmente automatizado 
 Isoietas 
 Variação espacial contínua da chuva 
 Resultado não é único (depende do autor) 
 Considera a distribuição espacial de um evento 
 Seu cálculo pode ser parcialmente automatizado (SIG) 
Escolha do Método depende do objetivo e da quantidade de postos 
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Exercício 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA 
Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA 
SCS National Engineering Handbook. Hydrology. Washington, D.C. U.S. 
Department of Agriculture. Technical Release n. 55, 1971.