FT - UNICAMP - LIMEIRA
2010
ESTUDO HIDROLÓGICO
1º SEMESTRE - 2010
ST 306
PROF. HIROSHI YOSHIZANE
e_mail: [email protected]
TRABALHO : ESTUDO HIDROLÓGICO
PASSO A PASSO
ESTUDO HIDROLÓGICO
-
APÓS DETERMINADOS SOBRE CARTAS CARTOGRÁFICAS
OU TOPOGRÁFICAS SEJAM GRÁFICAMENTE OU
MECÂNICAMENTE OU COM APLICAÇÃO DE PROGRAMAS
COMPUTACIONAIS COMO: ( CAD; SPRING;ARCGIS OU
CAD LAND E OUTROS ) :
DEVE-SE PARTIR PARA A DETERMINAÇÃO DE:
1- Área da Bacia hidrográfica ¨A ¨;
2- Coeficiente de compacidade ¨ Kc ¨
3- Coeficiente de forma ¨ Kf ¨;
4- Densidade de drenagem ¨Dd¨;
ESTUDO HIDROLÓGICO
- O que está faltando ?
Pelo método racional:
MÉTODO RACIONAL
Q =
C . i .A . D
Com :
Q = vazão
C = coeficiente de deflúvio “ Run–Off ”
i = intensidade da chuva
A = área da bacia
D = coeficiente de distribuição da chuva
D=1 ( pressupõe chuvas de igual intensidade em toda a bacia hidrográfica )
EQUAÇÃO BÁSICA ¨tc ¨
2
0
,
385
L
tc

57
( )
I
ond
:
tc = tempo de concentração em minutos ( min. ).
L = Extensão do curso d´água em ( km ).
I = Declividade do curso d´água em metro ( m )
por mil metros (º/00).
ESTUDO HIDROLÓGICO
MAS !
O ¨tc¨ pode ser determinado gráficamente
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO ATRAVÉS DO ÁBACO
L=110
1,00
Tc=27,5
C=30
ESTUDO HIDROLÓGICO
E DEPOIS ?
Determina-se a intensidade pluviométrica,
através da equação da chuva !
mas cuidado !
Procure a equação regional mais próxima
do local do projeto !
ESTUDO HIDROLÓGICO
Vamos trabalhar com a equação de chuva Limeira e região !
0
,
1726
77
,
56
x
T
i
0
,
0056
1
,
087
xT
(
tc

25
)Dr Dirceu Brasil Vieira
Cuidado com as unidades !
com :
i  mm/minuto (intensidade)
T  anos (período de retorno)
tc  minutos (tempo de concentração)
ESTUDO HIDROLÓGICO
E DEPOIS ?
Define-se o coeficiente de escoamento superficial, ¨ run-off¨ !
mas muito cuidado !
Faça uma investigação minuciosa, no local, com ajuda
também de outros recursos como foto-interpretação,
estudo do solo, e diagnósticos da sazonalidade (uso do solo) !
MÉTODO RACIONAL
¨ É para determinação de vazões de projetos em bacias com
área de até 50 hectares – 500.000,00 m² ou 0,50 km² ¨.
¨ Vale também para aplicação em cálculos de vazão em áreas
residenciais, industriais e loteamentos ¨ .
¨ Trata-se de uma forma mais simples e rápida para
determinação de vazões por sua simplicidade e os parâmetros
aplicativos ¨.
¨ Este método, considera chuva de igual intensidade
abrangendo por toda a bacia hidrográfica ¨.
MÉTODO RACIONAL
.D
Fórmula :
Q =
onde :
C . i .A
Q = vazão
C = coeficiente de deflúvio “ Run–Off ”
i = intensidade da chuva
A = área da bacia
D = coeficiente de distribuição da chuva
D=1 ( pressupõe chuvas de igual intensidade em toda a bacia hidrográfica )
MÉTODO RACIONAL
- O método racional pressupõe hipóteses:
a) - Distribuição uniforme da chuva em na bacia hidrográfica,
isto é: ( D=1 )
¨chuva uniforme em toda a bacia hidrográfica¨, o que
pode levar a erros muito significantes se aplicarmos em
bacia com áreas extensas.
Por isso é que a área é limitada no máximo em 50 hectares;
b) - O tempo de concentração tc, igual a duração da chuva;
c) - O coeficiente de ¨runoff¨ constante para a bacia toda.
MÉTODO RACIONAL
a) Período de retorno T em anos onde:
5 > T > 10 anos, para projetos de galerias de águas
pluviais “ GAP ”.
T=25 anos, para macro drenagem urbana como
canais, pontes e bueiros.
L = extensão do curso d´água em km.
H = Desnível entre a cabeceira do rio até o local da
obra “ponto” em metros ( m ).
b) Duração da chuva ( t ) :
Equivale ao tempo de contração ( tc ) da bacia e para avaliar, no
caso de macro drenagem utiliza-se a fórmula de “ Kirpch ”.
- com tc em minutos
3
0
,
385
L
tc

57
( )
H
on
:
EQUAÇÃO BÁSICA 1 ¨ tc ¨
3
0
,
385
L
tc

57
( )
H
L
on
:
= extensão do curso d´água em km.
H = Desnível entre a cabeceira do rio até o
local da obra “ponto” em metros ( m ).
Obs.: SEGUIR SEMPRE AS UNIDADES
EQUAÇÃO BÁSICA 2 ¨tc ¨
Ou calcula-se por:
2
0
,
385
L
tc

57
( )
I
ond
:
tc = tempo de concentração em minutos ( min. ).
L = Extensão do curso d´água em ( km ).
I = Declividade do curso d´água em metro ( m )
por mil metros ( % ).
MÉTODO RACIONAL - Exemplo
Dados:
C = 0,5 ( coeficiente de run-off ou de escoamento superficial – deve ser
verificado no local ou por foto interpretação )
tc = ( tempo de concentração )
h = 15,08 mm ( altura da precipitação )
A = 0,073 km2 ( área da bacia )
L = 1420 m
I=64m = 0,045 m/m
Q = C . i .A . D ( equação básica )
Q = vazão
C = coeficiente de deflúvio “ run-off ”
i = intensidade da chuva
A = área da bacia
D= 1 ( coeficiente de distribuição espacial da precipitação )
Resultado: Q = _____ m3/min
MÉTODO RACIONAL
Dados:
C = 0,5 (coef. de runoff) terreno barro argilo-arenoso
tc = 20,08 minutos (tempo de concentr.)
h = 15,08 mm (altura da precipitação)
i = tc = 44,94mm porque o método
preceitua que a intensidade da chuva é o mesmo do tempo de concentração. Se
choveu 15,08mm em 20,08 minutos, a projeção é de 44,94mm em uma hora.
A = 0,073 km2 (área da bacia)
Q = C . i .A . D (EQUAÇAO BÁSICA)
Q = vazão (m³/s)
C = coeficiente de deflúvio “ Run–Off ”
i = intensidade da chuva (mm/h)
A = área da bacia (km²)
D=1
Resultado: Q = 0,94 m3/min
Terra cultivada:
Declividade 0 a 5%
Declividade 5 a 10%
Declividade 10 a 30%
0,30
Terreno barro arenoso
0,40
0,50
0,50
Terreno barro argilo-arenoso
0,60
0,70
0,60
0,70
Terreno argiloso
0,80
Tabela I (Drenagem na Agricultura)
Método
racional !
FIM
Não se
esqueçam !
EXISTEM
OUTROS
MÉTODOS
!
ESTUDO HIDROLÓGICO
MÉTODO I – PAI – WU
PARA BACIA COM ÁREA ATÉ
200 km²
( É UM MÉTODO APLICATIVO RECOMENDADO PELO DAEE )
Departamento de Águas e Energia Elétrica- DAEE
É o órgão gestor dos recursos hídricos do Estado de São Paulo.
www.daee.sp.gov.br/
COEFICIENTE DE FORMA ¨ C1 ¨
Cálculo do coeficiente de forma “ C1 ”
Tp
C1 =
tp
onde:
tp = tempo de pico “ ascensão volumétrica ”
tc = tempo de concentração
ou obtem-se C1 pela fórmula sintética:
4
C1 =
( 2 Kf )
onde:
Kf = fator de forma
PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C ¨
C = f . C2 / C1 onde:
f = 2 . V1 / v
“ f ”, relaciona o volume escoado da parte ascendente do hidrograma “V1”, admitindo, com forma triangular e o volume total
do escoamento superficial “VT”, conforme este gráfico :
C2 = VT / Ie A , onde:
Ie = chuva efetiva
VT = Volume Total.
V1 = Volume do trecho ascendente.
tempo
PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C2 ¨
G
rau
de
im
perm
eabilidade
B
A
IX
O
M
É
D
IO
A
L
T
O
T
ipodosoloecobertura
U
sodosolo
-V
egetaçãorala/esparsa
-Solosecoarenoso
Á
reasverdesnãourbanizadas
-T
errenocultivado
-T
errenosuperficial poroso -Z
onaresidencialcomlotesam
plos
-Soloscompoucavegetação
acim
ade1000m
².
-G
ram
adoscomdeclividade -Z
onaresidencialcomocupação
m
édiaabaixa
esparsa
-Á
reaspavim
entadas
-Solosargilosos
-T
errenosrochososestéreise -Z
onaresidencialcomlotespequenos
ondulados
de100a1000m
²
-V
egetaçãoquaseinexistente
PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C2¨
C2 = VT / Ie A , onde:
Ie = É a quantidade de chuva efetiva que passa pela seção estudada, (exutório)
descontada as perdas durante a ocorrência da chuva, e considerando-se como perdas
na chuva, as infiltrações no solo, interceptações pela cobertura vegetal e o
armazenamentos da água superficial em pontos dentro da bacia como depressões,
diferencial negativo no sentido jusante ao escoamento (variações topográficas).
Assim, para aplicar este método, de início determina-se a chuva crítica, que
é a chuva de projeto.
A parcela dessa chuva de projeto que se infiltra no solo, depende do grau de
impermeabilização, assim, consideram-se:
- o uso e ocupação do solo,
- grau de urbanização,
- cobertura vegetal,
- tipo de solo,
conforme tabela sequente.
PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C ¨
O coeficiente “C2” é determinado pela ponderação dos
coeficientes das áreas parciais ou sub-bacias, e que são
classificados pelo grau de impermeabilidade conforme
tabela abaixo.
V
a
l
o
r
e
s
d
o
c
o
e
f
i
c
i
e
n
t
e
s
v
o
l
u
m
é
t
r
i
c
o
“
C
2
”
d
e
e
s
c
o
a
m
e
n
t
o
G
r
a
u
d
e
i
m
p
e
r
m
e
a
b
i
l
i
d
a
d
e
s
u
p
e
r
f
i
c
i
a
lC
o
e
f
i
c
i
e
n
t
e
v
o
l
u
m
é
t
r
i
c
o
d
e
e
s
c
o
a
m
e
n
t
o
B
a
i
x
o
M
é
d
i
o
A
l
t
o
0
,
3
0
0
,
5
0
0
,
8
0
PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C ¨
A desigualdade da distribuição das chuvas na bacia deve ser
considerada aplicando-se de um coeficiente redutor “ K ”, de
distribuição de chuvas.
A determinação da intensidade da chuva se faz similarmente
da do método racional com base nas “ equações de chuva ”
apresentadas nos slides anteriores
”
.
VAZÃO DE CHEIA
Determinação da vazão de cheia “ Q ”.
Q = 0,278 . c . i . A0,9 . K
Onde:
C = coeficiente de escoamento, determinado no item 11
i = intensidade de chuva, determinado no item 8
A = área da bacia hidrográfica, determinada pela planta
cartográfica
K = coeficiente de distribuição espacial, determinado no item
10 através do ábaco
Fonte manual do DAEE
Entrar em x com a área em km²
Obter em y o valor de k%
Veja em zoom
ÁBACO PARA DETERMINAR ¨K
ÁBACO PARA DETERMINAR ¨K
24 hs
6 hs
3 hs
1 hora
30min
Fonte manual do DAEE
Entrar em x com a área em km²
Obtenha em y o valor de k%
COEFICIENTE DE DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL
Cálculo do coeficiente de distribuição espacial da
chuva.
Deve-se lançar no ábaco em abscissa a área da bacia
hidrográfica em função do tc em horas, rebatendo
em ordenada o valor de K%.
ADOTA-SE O VALOR 0,99
( devido à área da bacia ser pequena )
VAZÃO MÁXIMA DE PROJETO
Cálculo da vazão máxima de projeto “Q p”.
Qp=Qb+Q
Onde:
Q = vazão de cheia, determinado no item 13
Q b = vazão de base majorativa
Q b = Q . 0,10
FORMULAS Tc
NA SEQUÊNCIA
OUTRAS FÓRMULAS BÁSICAS
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO
-
FÓRMULAS EMPÍRICAS
Tc (min) = 4,54
A(km²)
( para regiões planas )
Ventura
A (km²)
Tc(min) = 4,54
( para regiões com declives )
I (m/km)
Ventura
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO
-
FÓRMULAS EMPÍRICAS
Tc (min) = 345,6
A(km²) . I (m/km)
( para regiões planas )
Passini
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO
3
0
,
385
L
tc

57
()
H
on
:
Kirpch
tc = tempo de concentração em minutos.
L = extensão do curso d´água em Km.
H = Desnível entre a cabeceira do rio até o local da obra
“ponto de projeto ou exutório” em metros.
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO
2
0
,
385
L
tc

57
( )
I
on
:
tc = tempo de concentração em minutos.
L = extensão do curso d´água em km.
H = Declividade do curso d´água em metro por mil metros (º/00)