part 4

Prévia do material em texto

<p>Código: 30721911 Engenharia Civil</p><p>Código: 30727987 Engenharia Sanitaria e Ambiental</p><p>Disciplina: Hidrologia Aplicada</p><p>Profa Luciana Sanches</p><p>Escoamento Superficial</p><p>1. Hidrograma</p><p>❖ O hidrograma pode ser entendido como resposta da bacia hidrográfica, em função de suas características</p><p>fisiográficas que regem as relações entre chuva e escoamento de uma bacia hidrográfica a cada precipitação e</p><p>a contribuição de um aquífero.</p><p>❖ Um hidrograma típico produzido por uma chuva intensa apresenta uma curva com um pico único. Um</p><p>hidrograma pode apresentar picos múltiplos se houver variações abruptas na intensidade da chuva, uma</p><p>sequencia de chuvas intensas ou recessão anormal do escoamento subterrâneo.</p><p>Uma bacia pode ser considerada como um</p><p>sistema que transforma precipitação em vazão.</p><p>• Infiltração</p><p>• Evapotranspiração</p><p>Cada fenômeno com um determinado</p><p>tempo de ocorrência</p><p>1. Hidrograma</p><p>1. Hidrograma</p><p>❖ Uma determinada precipitação pode ser considerada na sequencia da sua divisão entre infiltração no solo e a</p><p>outra parte que escoa superficialmente. A fração dá chuva ocorrida em um evento que gera escoamento</p><p>superficial é conhecida como chuva efetiva.</p><p>❖ A chuva efetiva é responsável pelo aumento rápido da vazão de um rio durante uma chuva.</p><p>❖ Nem toda a chuva efetiva gerada numa bacia chega imediatamente ao curso d’água. A partir dos locais em</p><p>que é gerado, o escoamento percorre um caminho, com velocidades variadas de acordo com características</p><p>como a declividade e o comprimento dos trechos percorridos, e a resposta da bacia a uma entrada de chuva</p><p>dessas características.</p><p>2. Caracterização do hidrograma</p><p>Após o início da precipitação, existe um intervalo de tempo</p><p>em que o nível começa a elevar-se. Este tempo retardado de</p><p>resposta deve-se às perdas iniciais por interceptação vegetal e</p><p>depressões do solo, além do próprio retardo de resposta da</p><p>bacia devido ao tempo de deslocamento da água na mesma.</p><p>Legenda</p><p>te tempo de recessão</p><p>tp tempo de pico</p><p>tm tempo de ascensão</p><p>tl tempo de retardo</p><p>Cg centro de gravidade</p><p>P precipitação</p><p>A início do ES</p><p>C término do ES</p><p>❖ Tempo de retardo (tl): definido como o intervalo de</p><p>tempo entre o centro de massa da precipitação e o centro</p><p>de gravidade do hidrograma.</p><p>❖ Tempo de concentração (tc): é o intervalo de tempo</p><p>contato a partir do inicio da precipitação para que toda a</p><p>bacia hidrográfica correspondente passe a contribuir na</p><p>seção de estudo.</p><p>❖ Tempo de pico (tp): é o intervalo de tempo entre o centro</p><p>de massa da precipitação e o pico de vazões do</p><p>hidrograma.</p><p>❖ Tempo de ascensão (tm): é o tempo entre o início da</p><p>chuva e o pico do hidrograma.</p><p>❖ Tempo de recessão (te): é o intervalo entre a vazão</p><p>máxima e o ponto C (caracterizado pelo término do</p><p>escoamento superficial).</p><p>❖ Tempo de base (tb): é o intervalo de tempo de duração</p><p>do escoamento superficial direto, corresponde ao trecho</p><p>AC.</p><p>2. Caracterização do hidrograma</p><p>3. Fatores que influenciam a forma do hidrograma</p><p>• Bacias com boa drenagem e</p><p>grande declividade apresentam</p><p>um hidrograma íngreme com</p><p>pouco escoamento de base.</p><p>• Bacias com grande área de</p><p>inundação tendem a amortecer o</p><p>escoamento e regularizar o fluxo.</p><p>• Bacias mais circulares antecipam e</p><p>tem picos de vazões maiores do</p><p>que bacias alongadas.</p><p>❖ Relevo (densidade de drenagem, declividade do rio ou bacia, capacidade de armazenamento e forma.</p><p>• Nas bacias com cobertura vegetal, há uma tendência em retardar o</p><p>escoamento e aumentar as perdas por evapotranspiração.</p><p>• Nas bacias urbanas, onde a cobertura é alterada, tomando-se mais</p><p>impermeável, acrescida de uma rede de drenagem mais eficiente, o</p><p>escoamento superficial e o pico aumentam.</p><p>❖ Modificações artificiais no rio</p><p>❖ Cobertura da bacia</p><p>• O homem produz modificações no rio para o uso mais racional da água.</p><p>• Um reservatório para regularização da vazão tende a reduzir o pico e</p><p>distribuir o volume.</p><p>• Enquanto a canalização tende a aumentar o pico, como ostra a bacia</p><p>urbana.</p><p>3. Fatores que influenciam a forma do hidrograma</p><p>▪ Quando a precipitação se concentra na parte inferior da bacia, deslocando-se posteriormente</p><p>para montante, o hidrograma pode ter até dois picos.</p><p>▪ Distribuições temporais de precipitação, geram hidrogramas diferentes.</p><p>▪ Precipitações com duração constante, influenciam na capacidade de armazenamento e no tempo</p><p>de concentração da bacia, estabilizando o valor do pico da vazão. Após o término da precipitação,</p><p>o hidrograma entra em recessão.</p><p>❖ Distribuição, duração e intensidade da precipitação</p><p>3. Fatores que influenciam a forma do hidrograma</p><p>As chuvas próximas à saída</p><p>da bacia alcançam a saída</p><p>mais cedo enquanto as</p><p>chuvas no ponto mais</p><p>distante levam um certo</p><p>tempo para alcançarem a</p><p>saída da bacia.</p><p>3. Fatores que influenciam a forma do hidrograma</p><p>Precipitação com ocorrência</p><p>nas nascentes</p><p>Precipitação com ocorrência</p><p>na parte central ao exutório</p><p>❖ Solo:</p><p>▪ As condições iniciais de umidade do solo são</p><p>fatores que podem influenciar significativamente o</p><p>escoamento resultante de precipitações de</p><p>pequeno volume, alta e média intensidade.</p><p>▪ Quando o estado de umidade da cobertura</p><p>vegetal, das depressões, da camada superior do</p><p>solo e do aqüífero forem baixos, parcela</p><p>ponderável da precipitação é retida e o</p><p>hidrograma é reduzido.</p><p>3. Fatores que influenciam a forma do hidrograma</p><p>4. Hidrograma picos múltiplos</p><p>❖O hidrograma pode ser entendido como resposta da bacia hidrográfica, em função de</p><p>suas características fisiográficas que regem as relações entre a precipitação e o</p><p>escoamento de uma bacia hidrográfica a uma dada precipitação e a contribuição de</p><p>um aquífero.</p><p>❖Um hidrograma típico produzido por uma chuva intensa apresenta uma curva com um</p><p>pico único.</p><p>❖Um hidrograma pode apresentar picos múltiplos se houver variações abruptas na</p><p>intensidade da precipitação, uma sequencia de precipitações intensas ou uma</p><p>recessão anormal do escoamento subterrâneo.</p><p>5. Hidrograma Unitário</p><p>❖ Uma teoria muito utilizada para prever o</p><p>hidrograma gerado por uma dada chuva é a</p><p>teoria do Hidrograma Unitário.</p><p>❖ Baseada na hipótese da relação linear entre a</p><p>chuva efetiva e o hidrograma gerado.</p><p>❖ O HU assume de forma muito simplificada.</p><p>❖ É uma aproximação grosseira para as complexidades por trás do processo de geração do caudal, uma vez que não</p><p>estão em bacias sistemas lineares gerais.</p><p>❖ Por outro lado, o HU é a chave dos mais usados modelos hidrológicos.</p><p>❖ O HU oferece ao hidrologista uma ferramenta potencial para estimativa de previsão de escoamento superficial</p><p>durante um evento de chuva intensa.</p><p>❖ Aplicação: previsão de onda de inundação, desenho de reservatórios, vertedouro de barragens, bacia de retenção</p><p>urbana, entre outras.</p><p>Hidrograma Unitário é o hidrograma resultante de</p><p>um escoamento direto superficial de volume</p><p>unitário. O volume unitário é decorrente da chuva</p><p>unitária. Exemplo: (chuva com altura unitária de 1</p><p>mm ou 1 cm e duração unitária de 1 h).</p><p>Conhecido o Hidrograma Unitário de uma bacia, pode-se calcular as ordenadas do escoamento</p><p>superficial correspondentes á qualquer chuva, de intensidade uniforme e duração igual aquela</p><p>que gerou o HU</p><p>A teoria do Hidrograma Unitário considera que a precipitação efetiva e</p><p>unitária tem intensidade constante ao longo de sua duração e distribui-se</p><p>uniformemente sobre toda a área de drenagem.</p><p>5. Hidrograma Unitário</p><p>Adicionalmente, considera-se que o comportamento de uma bacia hidrográfica é linear. Isso significa que podem</p><p>ser aplicados os princípios e proporcionalidade e suposição.</p><p>As informações tiradas do emprego deste método podem ser utilizadas na determinação de um hidrograma de</p><p>projeto para definição de capacidades de obras tais como:</p><p>❖ Galerias de águas pluviais,</p><p>❖ Bueiros rodoferroviários,</p><p>❖ Vertedores de barragens,</p><p>❖ Estruturas de proteção contra enchentes.</p><p>5. Hidrograma Unitário</p><p>Uma das aplicações do HU</p><p>❖O que só pode ser descrito como um</p><p>furo gigante na água é, na verdade, um</p><p>método para controlar a libertação de</p><p>fluxos de uma</p><p>barragem ou barragens</p><p>numa área a jusante. Esses vertedouros</p><p>ajudam a prevenir inundações e o</p><p>envelhecimento ou a destruição de uma</p><p>barragem.</p><p>❖Um vertedouro é uma estrutura utilizada</p><p>para proporcionar a libertação</p><p>controlada dos fluxos de uma barragem</p><p>ou barragens numa área a jusante, sendo</p><p>tipicamente o rio que foi represado.</p><p>Fonte: http://twistedsifter.com/2010/05/giant-hole-in-water-bell-mout-spillways/</p><p>5. Hidrograma Unitário</p><p>❖Ladybower Reservoir is a large Y-shaped reservoir, the lowest of three</p><p>in the Upper Derwent Valley in Derbyshire, England. The River Ashop</p><p>flows into the reservoir from the west; the River Derwent flows south,</p><p>initially through Howden Reservoir, then Derwent Reservoir, and finally</p><p>through Ladybower Reservoir.</p><p>5. Hidrograma Unitário</p><p>1º Princípio</p><p>❖ Para as chuvas efetivas de mesma duração, os tempos do</p><p>escoamento superficial direto são iguais.</p><p>❖ (Princípio da Constância do Tempo de Base)</p><p>6. Princípios básicos do Hidrograma Unitário</p><p>2º Princípio</p><p>❖ Chuvas efetivas de mesma duração,</p><p>porém com volumes de escoamento</p><p>superficial diferentes, irão produzir em</p><p>tempos correspondentes, volumes de</p><p>ESD proporcionais ás ordenadas do</p><p>hidrograma e as chuvas excedentes.</p><p>❖ (Princípio da Proporcionalidade das</p><p>Descargas ou Princípio da Afinidade).</p><p>6. Princípios básicos do Hidrograma Unitário</p><p>❖ A duração do escoamento superficial de uma</p><p>determinada chuva efetiva independe de</p><p>precipitações anteriores.</p><p>❖ O hidrograma total referente a duas ou mais</p><p>chuvas efetivas é obtido adicionando-se as</p><p>ordenadas de cada um dos hidrogramas em</p><p>tempos correspondentes.</p><p>❖ (Princípio da Aditividade).</p><p>3º Princípio</p><p>6. Princípios básicos do Hidrograma Unitário</p><p>7. Obtenção do Hidrograma Unitário em uma bacia com dados de chuva e vazão</p><p>1. Calcular o volume de água precipitado sobre uma bacia hidrográfica, que é dado por,</p><p>𝑽𝒕 é o volume total</p><p>precipitado sobre a bacia;</p><p>𝑷𝒕 é a precipitação total do</p><p>evento;</p><p>𝑨 é area de drenagem da bacia;</p><p>𝑽𝒆𝒔𝒄 é o volume que escoa</p><p>sobre a bacia;</p><p>𝑷𝒆𝒔𝒄 é a precipitação que</p><p>escoa superficialmente</p><p>𝑽𝒕 = 𝑷𝒕 𝒙 𝑨 (𝟏)</p><p>𝑽𝒆𝒔𝒄 = 𝑷𝒆𝒔𝒄 𝒙 𝑨 (𝟐)</p><p>𝑽𝒖 = 𝑷𝒖 𝒙 𝑨</p><p>2. Fazer a separação do escoamento superficial, onde cada instante i, a vazão que escoa superficialmente é a</p><p>diferença entre a vazão observada e a vazão de base,</p><p>𝑸𝒆</p><p>𝒊</p><p>= 𝑸𝒐𝒃𝒔</p><p>𝒊</p><p>− 𝑸𝒃</p><p>𝒊</p><p>𝑸𝒆</p><p>i</p><p>é a vazão que escoa superficialmente no</p><p>intervalo de tempo i</p><p>𝑸𝒐𝒃𝒔</p><p>i</p><p>é a vazão observada no exutório da</p><p>bacia no intervalo i</p><p>𝑸𝒃</p><p>i</p><p>é a vazão de base, extraída do gráfico</p><p>7. Obtenção do Hidrograma Unitário em uma bacia com dados de chuva e vazão</p><p>3. O volume escoado superficialmente é dado por:</p><p>𝑉𝑒 = ෍ 𝑄𝑒𝑖</p><p>𝑥 ∆𝑡</p><p>em que;</p><p>❖ 𝑉𝑒 é o volume escoado superficialmente;</p><p>❖ Qe é a vazão que escoa superficialmente;</p><p>❖ ∆𝑡 é o intervalo de tempo dos dados.</p><p>7. Obtenção do Hidrograma Unitário em uma bacia com dados de chuva e vazão</p><p>4. Determinar o coeficiente de escoamento (coeficiente “run off”) (C) fazendo-se a relação entre o volume</p><p>escoado e o total,</p><p>𝐶 =</p><p>𝑉𝑒</p><p>𝑉𝑡</p><p>5. Determinar a chuva efetiva, multiplicando-se a chuva total pelo coeficiente de escoamento,</p><p>𝑃𝑒𝑓 = 𝐶 𝑥 𝑃 𝑡</p><p>em que;</p><p>❖ 𝑃𝑒𝑓 é a chuva efetiva;</p><p>❖ 𝐶 é o coeficiente de escoamento;</p><p>❖ 𝑃 𝑡𝑜𝑡 é a precipitação total.</p><p>7. Obtenção do Hidrograma Unitário em uma bacia com dados de chuva e vazão</p><p>6. Determinar as ordenadas do HU,</p><p>𝑄𝑢 =</p><p>𝑃𝑢</p><p>𝑃𝑒𝑓</p><p>𝑥 𝑄 𝑒𝑖</p><p>em que,</p><p>❖ 𝑄𝑢 é a ordenada do hidrograma unitário;</p><p>❖ 𝑃𝑢 é a chuva unitária (pode ser escolhido um valor qualquer, mas é comum utilizar Pu=1 mm ou Pu =</p><p>10mm);</p><p>❖ 𝑃𝑒𝑓 é a precipitação efetiva;</p><p>❖ 𝑄𝑒</p><p>𝑖</p><p>é ordenada do hidrograma de escoamento superficial.</p><p>7. Obtenção do Hidrograma Unitário em uma bacia com dados de chuva e vazão</p><p>8. Dificuldades do HU com base em dados históricos</p><p>Existem algumas dificuldades inerentes ao processo de determinação do HU com base em dados históricos, os</p><p>quais são relacionados a seguir:</p><p>1. Erros de observação nos dados de vazão (Q), os quais podem ser gerados pela manipulação errada do</p><p>molinete (instrumento de medição, usado na determinação das vazões). Curvas-chave com problemas.</p><p>Outros erros podem ser gerados pela leitura errada nos limnígrafos;</p><p>2. Erros na obtenção da precipitação, os quais são obtidos das leituras dos pluviógrafos. Pelo método de</p><p>Thiessen são obtidas as precipitações médias nas bacias hidrográficas.</p><p>3. A natureza não segue perfeitamente o modelo do hidrograma unitário (HU);</p><p>4. Importante observar que os erros gerados na primeira equação são propagados para a segunda equação</p><p>e assim por diante, este processo pode resultar em q < 0.</p><p>Referencias bibliográficas</p><p>❖ COLLISCHONN, W.; DORNELLES, F. HIDROLOGIA para Engenharia e Ciências Ambientais. Porto Alegre, RS. Ed. ABRH, 2013,</p><p>335p.</p><p>❖ SHAW, E. ; BEVEN, K. J. ; CHAPPELL, N. A.; LAMB, R. Hydrology in practice. New York, USA. Ed. Spon Press, 3 ed., 1994, 543p.</p><p>❖ TUCCI, C. E. M. Hidrologia: Ciência e Aplicação. Editora UFRGS, 4 ed., 2007, 943p.</p><p>Código: 30721911 Engenharia Civil</p><p>Código: 30727987 Engenharia Sanitaria e Ambiental</p><p>Disciplina: Hidrologia Aplicada</p><p>Profa Luciana Sanches</p><p>Hidrograma Unitário Sintético</p><p>Hidrograma Unitário Sintético</p><p>❖ Situação mais frequente na prática é a inexistência de dados de vazão medidos.</p><p>❖ Para aplicar a metodologia do HU é necessário utilizar um hidrograma unitário sintético, ou</p><p>a partir do relevo denominado hidrograma unitário geomorfológico.</p><p>❖ HU sintético foram estabelecidos com base em dados de bacias experimentais.</p><p>❖ Depois de realizarem o HU foram relacionadas as características da bacia hidrográfica que</p><p>são relativamente fáceis de se obter, como área de drenagem e tempo de concentração.</p><p>❖ Método de Snyder (1938) na região dos Apalanches (EUA)</p><p>Snyder (1938) foi um dos primeiros a estabelecer um HU sintético com dados da região dos Apalanches (EUA) com grandes</p><p>bacias de 10 a 10.000 mi2 de área de drenagem.</p><p>Chow (1988) sugere que o Método de Snyder é para bacias de 30 km2 a 30.000 km2 .</p><p>O método consiste na determinação de alguns fatores descritos a seguir.</p><p>1. Determinação do tempo de pico</p><p>tp=C1 (L . Lcg)0,3</p><p>Em que,</p><p>• tp é o tempo de pico (h);</p><p>• L é o comprimento do rio principal (km);</p><p>• Lcg é a distância do centro de gravidade da bacia até a seção (km);</p><p>• C1 é o coeficiente numérico que varia de 1,8 a 2,2 (menores valores</p><p>representam maiores inclinações).</p><p>qp</p><p>W75</p><p>W50</p><p></p><p>Hidrograma Unitário Sintético</p><p>2. Tempo de duração da precipitação (tr)</p><p>tr=tp/5,5</p><p>tr é o tempo de duração da precipitação (h)</p><p>3. Correção do tempo de pico</p><p>t’p =tp + (t’r-tr)/4</p><p>t’p é a correção do tempo de pico (h); t’r é 1 hora para HU.</p><p>Hidrograma Unitário Sintético</p><p>4. Determinação da vazão de pico</p><p>A vazão de pico para uma precipitação de duração tr e volume 1cm será:</p><p>Qp é a vazão de pico (m3 s-1), Cp é o coeficiente numérico que varia de 0,56 a 0,69, A é a</p><p>área de drenagem (km2).</p><p>C1 tem influencia sobre o tempo de pico e depende de outras características físicas que não foram</p><p>consideradas.</p><p>Cp está relacionado com a vazão máxima de uma determinada bacia e depende das referidas</p><p>características físicas semelhantes pode-se utilizar dados de bacias vizinhas para sua estimativa.</p><p>p't</p><p>ACp75,2</p><p>Qp</p><p></p><p>=</p><p>Hidrograma Unitário Sintético</p><p>5. Determinação das larguras de 75 e 50% do pico</p><p>Para facilitar a construção do HU estimam-se as larguras de 75 e 50% do pico, obtidas com base em</p><p>dados de várias bacias dos Estados Unidos (Sokolov et al., 1975). Estas relações permitem a</p><p>estimativa de W75 e W50.</p><p>Em que, W75 e W50 são as larguras, Qp é a vazão (m3 s-1); A é área de drenagem (km2), Tb é o tempo</p><p>de base (h).</p><p>08,175</p><p>)A/Qp(</p><p>22,1</p><p>W = 08,150</p><p>)A/Qp(</p><p>14,2</p><p>W =</p><p>Hidrograma Unitário Sintético</p><p>6. Determinação do tempo de base (tb)</p><p>Em que,</p><p>▪ tb é o tempo de base (h)</p><p>A relação tempo de base/tempo</p><p>de pico fornece valores tb/tp aproximadamente 2,5 a 4.</p><p>5075 W5,1W</p><p>Qp</p><p>A12,11</p><p>tb −−</p><p></p><p>=</p><p>Hidrograma Unitário Sintético</p><p>Escoamento de base</p><p>❖ Durante os períodos sem chuva, o escoamento natural dos rios é, as vezes, denominado escoamento de base,</p><p>porque apresenta uma variação muito menor do que a variação durante os eventos chuvosos.</p><p>❖ O escoamento de base é mantido pela água subterrânea existente nos aquíferos da bacia, especialmente o</p><p>aquífero superficial.</p><p>❖ O fluxo de água subterrâneo é extremamente lento.</p><p>❖ O escoamento de base é de grande importância para:</p><p>• O armazenamento subterrâneo</p><p>• Integração do aqüífero com o rio</p><p>❖ O primeiro define o potencial do aquífero para possível exploração e o segundo define se o rio é:</p><p>• Efêmero</p><p>• Intermitente</p><p>• Perene</p><p>❖ Geração do escoamento de base: recarga do lençol pela percolação</p><p>tempo</p><p>Q</p><p>P</p><p>tempo</p><p>Escoamento</p><p>• parcela que não</p><p>infiltra é responsável</p><p>pelo aumento da</p><p>vazão no rio</p><p>Escoamento de base</p><p>Formas de separação do ESD do EB</p><p>❖ Para a determinação do ponto C existem vários critérios,</p><p>o da inspeção visual é o mais simples.</p><p>❖ Este procedimento (visual) se baseia na plotagem das</p><p>vazões numa escala monologarítmica a mesma tende a</p><p>uma reta.</p><p>❖ Quando ocorre modificação substancial da declividade</p><p>da reta de recessão, o ponto C é identificado.</p><p>Como determinar o ponto C?</p><p>❖ Existem três métodos para definir o traçado da linha divisória dos hidrogramas de escoamento básico e superficial</p><p>direto entre os pontos de início (A) e término do ESD (C).</p><p>❖ Não há metodologia consagrada, não há confirmação prática de nenhumas delas.</p><p>❖ Não há diferença significativa entre a diferença de volumes de ESD, independente do método.</p><p>❖ Método mais simples.</p><p>❖ Separa o ESD do EB.</p><p>❖ Na prática, esta separação é feita de maneira simplificada,</p><p>pois não é significativa a consideração da quantidade exata.</p><p>❖ Neste método, basta ligar os pontos A (caracterizado pelo</p><p>início da ascensão do hidrograma) e C (caracterizado pelo</p><p>término do escoamento superficial) por uma reta (Tucci,</p><p>1993).</p><p>1º Método</p><p>Formas de separação do ESD do EB</p><p>❖ Consiste em extrapolar a curva de</p><p>recessão a partir do ponto C até</p><p>encontrar o ponto B, localizado</p><p>abaixo da vertical do pico. Ligam-se</p><p>os pontos A, B e C.</p><p>❖ O volume acima da linha ABC é o</p><p>escoamento superficial e o abaixo é</p><p>o subterrâneo.</p><p>2º Método</p><p>Formas de separação do ESD do EB</p><p>3º Método</p><p>Liga-se o ponto A até a vertical</p><p>do pico ( ponto D), e ligam-se os</p><p>pontos D e C para se obter a</p><p>separação dos escoamentos.</p><p>Formas de separação do ESD do EB</p><p>❖ Hidrogramas observados em postos fluviométricos tem como objetivo de identificar a parcela do escoamento</p><p>que tem origem no escoamento superficial e a parcela do escoamento que tem origem no escoamento</p><p>subterrâneo.</p><p>❖ Um método muito utilizado supõe que o escoamento superficial termina N dias após a vazão de pico, sendo que</p><p>N pode ser estimado pela equação empírica de Linsley,</p><p>Em que,</p><p>• N é a duração (dias),</p><p>• A é a área da bacia hidrográfica (Km²)</p><p>Separação do hidrograma de ESD do hidrograma total</p><p>2,0A827,0N =</p><p>Referência bibliográfica</p><p>❖ COLLISCHONN, W.; DORNELLES, F. HIDROLOGIA para Engenharia e Ciências Ambientais. Porto Alegre, RS. Ed. ABRH, 2013,</p><p>335p.</p><p>❖ SHAW, E. ; BEVEN, K. J. ; CHAPPELL, N. A.; LAMB, R. Hydrology in practice. New York, USA. Ed. Spon Press, 3 ed., 1994, 543p.</p><p>❖ TUCCI, C. E. M. Hidrologia: Ciência e Aplicação. Editora UFRGS, 4 ed., 2007, 943p.</p><p>Universidade Federal de Mato Grosso</p><p>Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia</p><p>Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental</p><p>Disciplina: Hidrologia Aplicada</p><p>Revisada em 17/08/2021</p><p>L I S T A D E E X E R C Í C I O S</p><p>D e t e r m i n a ç ã o d e H i d r o g r a m a U n i t á r i o</p><p>( H U E v e n t o S i m p l e s )</p><p>Quando existem dados históricos é possível determinar o HU com base em eventos em que possuem registrados dados</p><p>de precipitações e vazões no intervalo desejado.</p><p>Evento Simples</p><p>O evento é simples quando apenas um intervalo de precipitação gera o escoamento superficial, ou seja, quando existem</p><p>nos registros precipitações extremas com duração menor ou igual ao intervalo de tempo Δt escolhido e com distribuição</p><p>temporal espacial uniforme.</p><p>Exercício 1. Determinar o hidrograma unitário para a bacia do rio Violeta segundo as vazões de escoamento (Qe)</p><p>apresentadas na Tabela 1 de uma precipitação isolada de uma hora. Considere a área da bacia de 35 km2 e a Precipitação</p><p>unitária de 1mm. Representar o HU graficamente.</p><p>Tabela 1. Dados de Vazões da bacia do rio Violeta.</p><p>Tempo (h) Vazão (Qe) (m3</p><p>s-1)</p><p>Ordenadas do HU (Qu)</p><p>(q1, q2, q3...qn)</p><p>(m3 s-1)</p><p>1 5</p><p>2 25</p><p>3 50</p><p>4 45</p><p>5 38</p><p>6 25</p><p>7 15</p><p>8 5</p><p>Formulário.</p><p>Pr ecipitaçãoefetiva=</p><p>Volumeescoado(m</p><p>3 )</p><p>Área(m2 )</p><p>=∑ Qe</p><p>A</p><p>Qu=Pu</p><p>Pe</p><p>.Qe</p><p>Solução.</p><p>1. Cálculo da Precipitação efetiva (Pe)</p><p>Pr ecipitaçãoefetiva=</p><p>∑ Qe</p><p>A</p><p>=</p><p>208m3⋅1h⋅3600 s</p><p>35⋅106m2</p><p>Pr ecipitaçãoefetiva=0 ,02139m=21 ,39mm</p><p>2. Cálculo das ordenadas do HU (q1, q2, q3..qn)</p><p>Qu=Pu</p><p>Pe</p><p>.Qe</p><p>Para o tempo 1 hora, tem-se</p><p>Qu= Pu</p><p>Pef</p><p>⋅Qe= 1mm</p><p>21,39mm</p><p>⋅5=0 ,23375mm</p><p>Fazer isso para todos o tempo 2, ..., 8, resultando em,</p><p>Tabela 1. Dados das vazões da bacia do rio Violeta.</p><p>Tempo (h) Vazão (Qe) (m3</p><p>s-1)</p><p>Ordenadas do HU (Qu)</p><p>(q1, q2, q3...qn)</p><p>(m3 s-1)</p><p>1 5 0,234</p><p>2 25 1,17</p><p>3 50 2,341</p><p>4 45 2,10</p><p>5 38 1,78</p><p>6 25 1,17</p><p>7 15 0,70</p><p>8 5 0,23</p><p>Exercício 2. Determinar as ordenadas do Hidrograma Unitário de um evento simples sendo dada a precipitação de 90,5 mm</p><p>com duração de 2 h. A área da bacia é de 130,4 km2. Determine o HU com altura unitária de 10 mm e duração unitária de 2</p><p>h. Representar as vazões graficamente.</p><p>Dia Hora</p><p>Vazão observada</p><p>(Qobs) (m3/s)</p><p>Vazão base (Qb)</p><p>(m3/s)</p><p>6/04</p><p>10 0,7 0,7</p><p>12 13,0 0,8</p><p>14 43,9 0,9</p><p>16 62,0 1,0</p><p>18 57,5 1,1</p><p>20 46,0 1,2</p><p>22 33,9 1,3</p><p>24 22,9 1,4</p><p>7/04</p><p>2 14,5 1,5</p><p>4 9,3 1,6</p><p>6 4,6 1,7</p><p>8 1,8 1,8</p><p>Total</p><p>Formulário.</p><p>(Qe) = Qobs-Qb</p><p>Volume precipitado Vprec=Precipitação x Área</p><p>Volume escoado Vesc= somatório das vazões</p><p>Volumeescoado(Ve )=∑Qex2 x3600</p><p>C= Ve</p><p>Vp Pe=CxP</p><p>Qu= Pu</p><p>Pef</p><p>.Qe</p><p>Solução.</p><p>1. A vazão observada em um posto fluviométrico</p><p>2. A vazão base do hidrograma.</p><p>3. O escoamento superficial (Qe) = Qobs-Qb</p><p>4. A ordenada do HU</p><p>Volumeprecipitado(Vp )=Pr ecipitaçãoxÁrea=90 ,5x 10</p><p>−3 x 130,4 x106=11.801.200m3</p><p>Volumeescoado(Ve )=∑Qex 2 x3600=295 ,1x 2x 3600=2 .124 .720m3</p><p>C= Ve</p><p>Vp</p><p>= 2.124 .720</p><p>11.801 .200</p><p>=0 ,18</p><p>Pe=CxP=0,18x90,5=16,3mm</p><p>Para determinar as ordenadas do HU</p><p>Qu=10 ,0 xQe</p><p>16 ,3</p><p>=0 ,613 xQe</p><p>Para Qe=0</p><p>Qu=10 ,0 xQe</p><p>16 ,3</p><p>=0 ,613 x 0=0</p><p>Para Qe=12,2</p><p>Qu=10 ,0 xQe</p><p>16 ,3</p><p>=0 ,613 x12 ,2=7,5m3 s</p><p>Para Qe=43</p><p>Qu=10 ,0 xQe</p><p>16 ,3</p><p>=0 ,613 x 43=26 ,4m3s</p><p>Para Qe=61</p><p>Qu=10 ,0 xQe</p><p>16 ,3</p><p>=0 ,613 x 61=37 ,4m3 s</p><p>Dia Hora</p><p>Vazão observada (Qobs)</p><p>(m3/s)</p><p>(representa a Qtotal do</p><p>curso d’água)</p><p>Vazão base</p><p>(Qb)</p><p>(m3/s)</p><p>Escoamento</p><p>superficial (Qe)</p><p>(m3/s)</p><p>Ordenadas do</p><p>HU (Qu)</p><p>(m3/s)</p><p>6/04</p><p>10 0,7 0,7 0 0</p><p>12 13,0 0,8 12,2 7,48</p><p>14 43,9 0,9 43,0 26,36</p><p>16 62,0 1,0 61,0 37,40</p><p>18 57,5 1,1 56,4 34,57</p><p>20 46,0 1,2 44,8 27,46</p><p>22 33,9 1,3 32,6 19,98</p><p>24 22,9 1,4 21,5 13,18</p><p>7/04</p><p>2 14,5 1,5 13,0 7,97</p><p>4 9,3 1,6 7,7 4,72</p><p>6 4,6 1,7 2,9 1,78</p><p>8 1,8 1,8 0 0</p><p>Total</p><p>Qobs</p><p>Qb</p><p>Qe</p><p>Qu</p><p>Tempo (hora)</p><p>Va</p><p>zã</p><p>o</p><p>(m</p><p>3/</p><p>s)</p><p>Exercício 3. As ordenadas do HU de bacia do rio Lírio fornecidos abaixo, correspondem a chuva de 1 h de duração e altura</p><p>unitária de 10 mm. Sabendo-se que 40% da chuva precipitada nessa bacia escoa superficialmente, calcule a vazão máxima</p><p>produzida pela chuva de 3 horas de duração distribuídas conforme a figura abaixo. Representar graficamente.</p><p>Solução.</p><p>Tempo</p><p>(hora)</p><p>Ordenadas do HU</p><p>(Qu)</p><p>(m3/s)</p><p>q1=Qux0,6 q2=Qux1,2 q3=Qux0,8 Qe (m3/s)</p><p>0 0 0,0 - - 0,0</p><p>1 8,0 4,8 0,0 - 4,8</p><p>2 20,0 12 9,6 0,0 21,6</p><p>3 13,0 7,8 24 6,4 38,2</p><p>4 7,0 4,2 15,6 16 35,8</p><p>5 3,0 1,8 8,4 10,4 20,6</p><p>0 0 0 3,6 5,6 9,2</p><p>0 2,4 2,4</p><p>0,0 0,0</p><p>1. Cálculo da precipitação efetiva</p><p>1 hora. Pe=0,4x15=6,0 mm</p><p>2 hora. Pe=0,4x30=12,0 mm</p><p>3 hora. Pe=0,4x20=8,0 mm</p><p>2. Cálculo de Pe/Pu</p><p>1 hora. Pe/Pu=6,0 mm/10 mm=0,6</p><p>2 hora. Pe/Pu=12,0 mm/10 mm=1,2</p><p>3 hora. Pe/Pu=8,0 mm/10</p><p>mm=0,8</p><p>3. Cálculo de q1, q2, ..., qn</p><p>q1=Qu . Pe</p><p>Pu</p><p>=Qu . 0,6</p><p>q2=Qu . Pe</p><p>Pu</p><p>=Qu . 1,2</p><p>q3=Qu . Pe</p><p>Pu</p><p>=Qu . 0,8</p><p>4. Cálculo do Q</p><p>Q=q1+q2+q3...qn</p><p>Questão 4. Determine as ordenadas do HU (Qu, m3/s) para uma Precipitação unitária de 1 mm de duração de 1h.</p><p>1 2 3</p><p>0</p><p>5</p><p>10</p><p>15</p><p>20</p><p>25</p><p>30</p><p>35</p><p>Tempo (hora)</p><p>Tempo (h)</p><p>Pr</p><p>ec</p><p>ip</p><p>ita</p><p>çã</p><p>o</p><p>(m</p><p>m</p><p>)</p><p>Tempo</p><p>(hora)</p><p>Ordenadas do HU</p><p>(Qu)</p><p>(m3 s-1)</p><p>0 0</p><p>1 8,0</p><p>2 20,0</p><p>3 13,0</p><p>4 7,0</p><p>5 3,0</p><p>0 0</p><p>O hidrograma da vazão total do curso d’água (m3/s) está representado na Figura 1 e foi gerado a partir de uma Precipitação</p><p>pluviométrica de 50 mm/h.</p><p>0 1 2 3 4 5 6 7 8 9</p><p>0</p><p>5</p><p>10</p><p>15</p><p>20</p><p>25</p><p>30</p><p>35</p><p>40</p><p>Qtotal</p><p>Qbase</p><p>Tempo (h)</p><p>Va</p><p>zã</p><p>o</p><p>do</p><p>cu</p><p>rs</p><p>o</p><p>d'</p><p>ág</p><p>ua</p><p>(m</p><p>3/</p><p>s)</p><p>Figura 1. Hidrograma da vazão observada, ou seja, a vazão total do curso d’água (m3/s).</p><p>Exercício 1. A bacia hidrográfica Grafite tem uma cobertura de pastagem. Sabendo os valores de precipitação pluviométrica</p><p>e vazão de escoamento (Qe) determine:</p><p>a) A precipitação efetiva utilizando os dados de vazão de escoamento superficial (Qe)</p><p>b) A precipitação efetiva utilizando o coeficiente run off.</p><p>c) Qual a duração do escoamento superficial?</p><p>d) Qual a duração da precipitação?</p><p>e) As ordenadas do HU dessa bacia, para uma chuva de 1 hora de duração e altura unitária de 1 mm.</p><p>f) Construa o HU.</p><p>g) Qual a Qpico e o tpico?</p><p>h) Determine a Qe (em m3/s) para uma área de contenção de 2 km2.</p><p>Tempo (h) Precipitação pluviométrica</p><p>acumulada (mm/h)</p><p>Vazão Qe</p><p>(mm/h)</p><p>Vazão unitária Qu</p><p>(mm/h)</p><p>1 99,6 0</p><p>2 5,0</p><p>3 7,5</p><p>4 9,8</p><p>5 12,0</p><p>6 7,5</p><p>7 7,0</p><p>8 1,0</p><p>9 0</p><p>Exercício 7. Qual é a chuva efetiva durante um evento de chuva de precipitação pluviométrica acumulada de 70 mm/h</p><p>numa bacia com solos do tipo B e com gramado tratado?</p><p>Exercício 8. Determine a infiltração (mm h-1) e o escoamento superficial (m3 s-1) totais pelo método do Horton e pelo</p><p>método do Número de Curva (CN – Soil Service Conservation) em uma bacia hidrográfica em que ocorreu uma precipitação</p><p>de intensidade de 95 mm h-1.</p><p>Considere que esta bacia seja composta de dois tipos de uso e cobertura de solo, ou seja, essa bacia é composta de duas</p><p>sub-bacias que geraram duas vazões de escoamento superficial.</p><p>A primeira sub-bacia possui uma cobertura do solo com gramado tratado com boa situação hidrológica de infiltração (tipo</p><p>de solo: tipo C) com área de 5 km2 e a segunda sub-bacia possui uma cobertura do solo tipo gramado tratado com má</p><p>situação hidrológica de infiltração (tipo de solo: tipo D) com área de 3 km2. Condição II de umidade antecedente.</p><p>Exercício 9. Têm-se as afirmações:</p><p>I. Terrenos com declives acentuados favorecem o escoamento superficial direto diminuindo a taxa de infiltração.</p><p>II. O valor do potencial de retenção do solo depende do tipo e da ocupação do solo e pode ser determinado</p><p>facilmente por tabelas próprias ou pode ser estimado por cálculos.</p><p>III. A medição direta da capacidade de infiltração pode ser feita por meio do infiltrômetro e indireta por meio de</p><p>cálculos com equações de Horton ou método Soil Conservation Service que utiliza o CN (Número de Curva).</p><p>Quais as afirmações que estão corretas?</p><p>Apenas II e III</p><p>Apenas I e III</p><p>Apenas I e II</p><p>Todas as alternativas</p><p>Nenhuma das alternativas</p><p>Exercício 10. Complete Verdadeiro (V) ou Falso (F).</p><p>( ) Bacias mais circulares antecipam os picos e tem picos de vazões maiores do que as bacias longas.</p><p>( ) O tempo de concentração do HU representa o tempo necessário para a água precipitada no ponto mais distante</p><p>na bacia, deslocar-se até a seção principal.</p><p>( ) Curva permanência achatada indica uma maior potencialidade de cheias e vazões mínimas reduzidas.</p><p>( ) A curva permanência é utilizada para determinar a vazão máxima de uma bacia hidrográfica.</p><p>( ) A curva-chave é utilzada para a determinação da vazão mínima (Q7,10).</p><p>Exercício 11. Relacione a coluna 1 com a coluna 2.</p><p>(A) Curva-Chave ( ) Abrange as medições de vazões e cotas de rios.</p><p>(B) Hidrograma Unitário</p><p>( ) Começa algum tempo após o início da precipitação. O intervalo</p><p>decorrido corresponde à ação da intercepção pelos vegetais e</p><p>obstáculos, à saturação do solo, à acumulação nas depressões do</p><p>terreno e à formação de uma lâmina d’água mínima.</p><p>(C) Escoamento</p><p>superficial</p><p>( ) É uma ferramenta importante na conversão de dados de cota em</p><p>vazão, aumentando sua confiabilidade quando se emprega uma</p><p>série temporal de dados com muitos anos.</p><p>(D) Fluviometria</p><p>( ) A partir dele pode-se calcular as ordenadas do escoamento superficial</p><p>correspondente a qualquer chuva, de intensidade uniforme e</p><p>duração igual.</p><p>Exercício 12. Uma curva de permanência de vazão, também conhecida como curva de duração, é um traçado gráfico que</p><p>informa com que freqüência a vazão de dada magnitude é igualada ou excedida durante o período de registro das vazões.</p><p>Com base na curva de permanência apresentada abaixo, responda:</p><p>a) Qual a variação entre a vazão máxima e mínima deste rio, ou seja a amplitude da vazão?</p><p>b) Qual a porcentagem do tempo em que a vazão de 20,00m3/s é igualada ou excedida?</p><p>c) Qual o valor de Q95%?</p><p>d) Considerando que os critérios para outorga em Mato Grosso para captação/derivação de água superficial são:</p><p> Vazão de referência: Q95%</p><p> Vazão Outorgável: até 70% da Q95%</p><p> Limite máximo individual: 20% da Q95%</p><p> Prazo de validade da outorga: até 35 anos</p><p>Determine as vazões que serão apresentadas na solicitação de outorga caso seja utilizada a curva permanência</p><p>acima.</p><p>Exercício 13. Quais são os três princípios básicos do Hidrograma Unitário?</p><p>Provas de concursos</p><p>51- A probabilidade de ocorrência de um evento que possa pôr em risco uma obra hidráulica e toda a população e o</p><p>sistema fluvial que dela depende, ao longo de um período de “n” anos de utilização das instalações ou de sua vida útil, é</p><p>definida como o risco R de falha e expressa por R = 1 – (1 – 1/T)n, onde T é o chamado período de retorno. Se adotado um</p><p>período de retorno no projeto da obra de 40 anos, o risco de ocorrerem chuvas logo no primeiro ano após a inauguração da</p><p>obra que possam trazer prejuízos é de</p><p>a) 2,5%.</p><p>b) 5%.</p><p>c) 10%.</p><p>d) 15%.</p><p>e) 25 %.</p><p>(Resposta: Letra a)</p><p>Slide 1</p><p>Slide 2: 1. Hidrograma</p><p>Slide 3: 1. Hidrograma</p><p>Slide 4</p><p>Slide 5: 2. Caracterização do hidrograma</p><p>Slide 6: 2. Caracterização do hidrograma</p><p>Slide 7: 3. Fatores que influenciam a forma do hidrograma</p><p>Slide 8: 3. Fatores que influenciam a forma do hidrograma</p><p>Slide 9: 3. Fatores que influenciam a forma do hidrograma</p><p>Slide 10: 3. Fatores que influenciam a forma do hidrograma</p><p>Slide 11: 3. Fatores que influenciam a forma do hidrograma</p><p>Slide 12: 4. Hidrograma picos múltiplos</p><p>Slide 13: 5. Hidrograma Unitário</p><p>Slide 14: 5. Hidrograma Unitário</p><p>Slide 15: 5. Hidrograma Unitário</p><p>Slide 16: 5. Hidrograma Unitário</p><p>Slide 17: 5. Hidrograma Unitário</p><p>Slide 18: 6. Princípios básicos do Hidrograma Unitário</p><p>Slide 19: 6. Princípios básicos do Hidrograma Unitário</p><p>Slide 20: 6. Princípios básicos do Hidrograma Unitário</p><p>Slide 21: 7. Obtenção do Hidrograma Unitário em uma bacia com dados de chuva e vazão</p><p>Slide 22: 7. Obtenção do Hidrograma Unitário em uma bacia com dados de chuva e vazão</p><p>Slide 23: 7. Obtenção do Hidrograma Unitário em uma bacia com dados de chuva e vazão</p><p>Slide 24: 7. Obtenção do Hidrograma Unitário em uma bacia com dados de chuva e vazão</p><p>Slide 25: 7. Obtenção do Hidrograma Unitário em uma bacia com dados de chuva e vazão</p><p>Slide 26: 8. Dificuldades do hu com base em dados históricos</p><p>Slide 27: Referencias bibliográficas</p><p>Slide 1</p><p>Slide 2: Hidrograma Unitário Sintético</p><p>Slide 3: Hidrograma Unitário Sintético</p><p>Slide 4: Hidrograma Unitário Sintético</p><p>Slide 5: Hidrograma Unitário Sintético</p><p>Slide 6: Hidrograma Unitário Sintético</p><p>Slide 7: Hidrograma Unitário Sintético</p><p>Slide 8: Escoamento de base</p><p>Slide 9</p><p>Slide 10: Formas de separação do esd do eb</p><p>Slide 11: Formas de separação do esd do eb</p><p>Slide 12: Formas de separação do esd do eb</p><p>Slide 13: Formas de separação do esd do eb</p><p>Slide 14</p><p>Slide 15: Referência bibliográfica</p>