06/06/2012
NOÇÕES DE HIDROSSEDIMENTOLOGIA
APLICADA AO ESTUDO DE BACIAS
HIDROGRÁFICAS
AUTOR: JOÃO BATISTA PEREIRA CABRAL
Lic em Geografia - FIC
Dr. Geologia Ambiental – UFPR
Prof. Adj 3 – GEO/CAJ/UFG
Hidrossedimentologia
• Análises hidrossedimentológica
deve fazer parte das atividades
dos projetos que utilizam rios e
lagos, sendo indispensável uma
correta colocação dos órgãos de
tomada de água, para prevenir
eventuais
dificuldades
de
operação e desastres ambientais.
Sedimentação do Córrego da Onça Brasil
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Por que estudar os sedimentos?
• Qualidade de Água;
• Assoreamento de rios e reservatórios;
• Exploração mineral
• Compreender os processos erosivos da bacia
• Redução da qualidade do habitat
Evolução dos modelos hidrossedimentológicos
Sedimentologia X Engenharia
meio ambiente
navegação
portos
geologia
agricultura
hidrologia
geração de
energia
construção de
estradas
irrigação
mecânica dos solos
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Granulometria
Seixo
Areia
Silte
Argila
Os sedimentos
são classificados
com base no
tamanho
das
partículas.
Tipos de sedimentos: Granulometria
Classe
diâmetro aprox. (mm)
Matacões
>300
Cascalho / seixo
3 a 300
Areia grossa
0,5 a 3
Areia média
0,25 a 0,5
Areia fina
0,0625 a 0,25
Silte
0,0039 a 0,0625
Argila
< 0,0039
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Mistura de sedimentos
Praias normalmente
tem sedimentos
bastante uniformes
Arredondamento ou fator de forma
Grau de arredondamento
Esferas: SF=1,0
Areia: SF=0,7
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Início do movimento - Hjulstrom
FORMAS DE TRANSPORTE DE
SEDIMENTOS
•Rolamento
•Arrasto
•Saltação
•Suspensão
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Visão geral do rio
Variação
das
variáveis ao longo
do caminho desde a
cabeceira até a foz
Idealizado, porém
serve de base para
todos os casos.
Nível de base
•O rio ajusta seu
perfil, erodindo as
áreas continentais.
•Erosão é limitada
pelo nível de base.
•Nível de base geral é
o oceano.
•Nível do oceano pode
variar
em
escala
geológica.
•Níveis de base locais
podem ser rios, lagos
ou reservatório.
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PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS
DISTRIBUIÇÃO DE SEDIMENTOS NO CURSO D’ÁGUA
1- DISTRIBUIÇÃO VERTICAL DE SEDIMENTOS
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ESTUDO PRELIMINAR DA DESCARGA DE SEDIMENTOS DO RIO BEBERIBE /
PERNAMBUCO
Distribuição de sedimentos na seção
transversal
Distribuição de sedimentos ao longo
do curso d’água
Monitora a vazão de alguns
rios não é simples
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Medição do nível do rio
A medida do nível do rio pode ser feita usando:
•Escalas graduadas, instaladas em estruturas como pontes,
beiras de rio, etc.
•Sensores, instalados em estações hidrológicas automáticas.
Ref.: Porto et al. (2003)
Postos fluviométricos, fluviômetros ou limnímetros
Posto fluviométrico ou fluviômetro consiste em vários
lances de réguas (escalas) instaladas em uma seção de
um curso d´água, que permite a leitura dos seus níveis
d´água. Normalmente, dá-se ao posto o nome do
município ou cidade onde ele é instalado e identifica-se
por um prefixo.
A leitura do nível d´água é feita duas vezes ao dia, às 7 h e
17 h (ou 18 h), e seus valores são anotados em uma
caderneta.
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Escalas graduadas
 Escalas graduadas, réguas ou limnímetros
 Elementos verticais de 1m graduados em cm
Aço inoxidável ou madeira
O observador faz leitura das cotas diariamente
Ref.: Porto et al. (2003)
Postos fluviométricos
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Cadereneta de campo
Postos fluviográficos, fluviógrafos ou limnígrafos
Chama-se de posto fluviográfico o posto que registra
continuamente a variação do nível d´água.
O aparelho utilizado para registrar o N.A. chama-se
limnígrafo ou fluviógrafo e o gráfico resultante é
denominado limnigrama ou fluviograma
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Limnígrafo
 grava as variações de nível continuamente no tempo
Permite registrar eventos significativos, de curta duração,
ocorrendo essencialmente em pequenas bacias
Limnígrafo de bóia
Ref.: Porto et al. (2003)
Posto fluviográfico ou limnígrafo
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Postos fluviográficos
Limnígrafo
de bóia
Postos fluviográficos
Limnígrafo com
tubulão instalado
em curso d’água
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Postos fluviográficos
Eixo do registrador com
Rosca sem-fim
Limnígrafo com
registro em papel
Postos fluviográficos
Limnígrafo com data logger
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Sensor de Nível
Curva chave
A determinação de vazões é um processo demorado e oneroso,
principalmente em grandes rios
 Toda medida de vazão é referida a um nível, altura ou uma cota de
referência. A vazão medida é função dessa cota.
Experimentalmente, determina-se a relação entre a altura e a vazão.
Essa relação denomina-se curva chave, que é específica de cada seção
do rio.
A curva chave se justifica porque é muito mais fácil medir o nível
do rio do que sua vazão
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Curva-chave
Se conhecermos a variação de nível do rio ao logo do tempo, a curva chave nos
permite obter a série de vazões.
Igarapé Ponta Verde - Seção Cabo Frio
70
65
Altura (cm)
60
55
50
45
40
ago-06
ago-06
ago-06
set-06
set-06
set-06
set-06
set-06
set-06
out-06
out-06
Igarapé Ponta Verde - Seção Cabo Frio
Stage-discharge curves for
Cabo Frio (secondary forest)
0.18
80
0.16
70
0.14
Vazão (m3/seg)
Altura (cm)
60
50
40
30
20
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
10
0.02
0
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Vazão (m 3s-1)
0
ago-06
ago-06
ago-06
set-06
set-06
set-06
set-06
set-06
set-06
out-06
out-06
A escolha do método depende:
•Do volume da vazão da água;
•Das condicões locais;
•Do custo (equipamentos);
•Da precisão
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Vazão ou descarga
Volume de água que
passa através de uma
determinada seção em
um dado intervalo de
tempo
Q
v. A
As unidades
comuns são:
mais
•Litros
por
segundos (l.s-1),
•Metros cúbicos por
segundo (m3.s-1).
POR QUE MEDIR VAZÕES?
 Criar séries históricas
 Análise de vazões mínimas
Autodepuração de esgotos
Calado para navegação
 Análise de vazões médias
Cálculo do volume de reservatórios
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Medição por método área-velocidades
A vazão é obtida aplicando-se a equação da continuidade:
Q = V.A
A área é determinada por batimetria, medindo-se várias
verticais e respectivas distâncias e profundidades.
Posto de Medição de Vazão
• Requisitos para uma Boa Seção
− Lugar de fácil acesso
− Forma regular da seção
− Trecho retilíneo
− Margem e leito não erodíveis
− Controle por regime uniforme ou crítico
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Número de verticais de medição
Procura pela representatividade do perfil de velocidades
Fonte : Anuário
Fluviométrico n. 2
Ministério da
Agricultura - DNPM 1941
Largura Espaçamento
Do rio (m)
Máx (m)
Até 3
0.30
3a6
0.50
6 a 15
1.00
15 a 30
2.00
30 a 50
3.00
50 a 80
4.00
80 a 150
6.00
150 a 250
8.00
250 a 400
12.00
Recomendações
método detalhado
Pontos
Posição na
vertical
Velocidade média
Profundidad
e do rio
1
0,6 P
Vm=V(0,6)
0,15 a 0,6 m
2
0,2 e 0,8 P
Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2
0,6 a 1,2 m
3
0,2; 0,6 e 0,8 P
Vm=[V(0,2)+2.V(0,6)+V(0,8)]/4
1,2 a 2,0 m
4
0,2; 0,4; 0,6 e
0,8 P
Vm=[V(0,2)+2.V(0,4)+2.V(0,6)+V(0,8)]/6
2,0 a 4,0 m
6
Sup; 0,2; 0,4;
0,6; 0,8 e
Fundo
Vm=[Vs+2(V(0,2)+V(0,4)+V(0,6)+V(0,8))+Vf]/10
> 4,0 m
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Método Simplificado
Pontos
Posição na
vertical
Velocidade média
Profundidade
do rio
1
0,6 P
Vm=V(0,6)
< 0,6 m
2
0,2 e 0,8 P
Vm=[V(0,2)+V(0,8)]/2
> 0,6 m
Números Verticais
Largura do rio (m) Distância entre
verticais (m)
Número de
verticais
3
3a6
6 a 15
15 a 30
0,3
0,5
1
2
10
6 a 12
6 a 15
7 a 15
30 a 50
50 a 80
80 a 150
150 a 250
250
3
4
6
8
12
10 a 16
12 a 20
13 a 25
18 a 30
> 20
20
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Números Verticais
Largura do rio (m) Distância entre
verticais (m)
3
0,3
Número de
verticais
10
3a6
6 a 15
15 a 30
30 a 50
50 a 80
80 a 150
0,5
1
2
3
4
6
6 a 12
6 a 15
7 a 15
10 a 16
12 a 20
13 a 25
150 a 250
250
8
12
18 a 30
> 20
MÉTODO DO FLUTUADOR
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Utilizando um flutuador
 Escolher um trecho retilíneo do rio que tenha seção
constante;
 Marcar uma distância de no mínimo 10m;
 Medir a área da seção do rio;
 Lançar o flutuador e contar o tempo para percorrer a
distância demarcada.
 Calcular a vazão com a fórmula.
Medição a vau
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MOLINETE
•São pás ou hélices que giram
impulsionadas
pela
velocidade
de
escoamento;
•Estabelece-se uma proporcionalidade
entre o número de voltas por unidade de
tempo e velocidade de escoamento;
•É necessário a determinação da área da
seção de escoamento para a determinação
da vazão (Q = A.V);
•Podem ser utilizados
“livres” ou “forçados” ;
em
condutos
Molinetes
Aparelhos dotados basicamente de uma hélice e um “conta giros”,
medindo a velocidade de fluxo que passa por ele
Quando posicionados em diversos pontos da seção do rio,
determinam o perfil de velocidades desta seção
Cônicos (concha)
de hélice
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Medição a vau
Cursos d água de
pouca profundidade
(< 1,20m)
O correntômetro é
fixado a uma barra
Mantém-se uma
distância mínima do
leito (> 20 cm)
vi
Ai
Q
viAi
Velocidade
média em cada
seção
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Molinetes
11:11
Molinete preso
à haste
( medição a vau)
11:11
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Medição sobre ponte
Facilita, em alguns
casos, a medição da
velocidade
Pilares apoiados no
leito alteram a
velocidade
Determinação da
geometria da seção é
complicada
Escolher uma seção
menos influenciada
Medição com teleférico
Usado em rios não muito largos
Necessidade de
cabos nas margens
fixação
dos
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Medição com barco
Barco
margens
fixo
nas
Barco móvel – o
barco se movimenta
com
velocidade
constante
de
uma
margem a outra
Medição com barco fixo
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Medição com equipamentos doppler
Efeito Doppler
Um fonte emissora tem freqüência constante f
f é percebida maior quando a fonte aproxima-se do observador
f é percebida menor quando a fonte afasta-se do observador
Medidores ultrasom Doppler
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Medidores ultrasom Doppler
ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler)
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ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler)
 Método direto
 Mede a velocidade de fluxo a partir
da velocidade das partículas em
suspensão
 Transmite ondas de som na água e
recebe o reflexo (eco) proveniente do
fundo e das partículas suspensas na
água (ecobatímetro)
 Mede a velocidade da vertical de uma
só vez (não é pontual como os
molinetes)
 Efeito
Doppler:
mudança
na
freqüência de uma onda sonora
causada pelo movimento relativo
entre o aparelho transmissor de som
(transdutor) e o material em
suspensão na água
Princípio ADCP
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perfiladores
não mede
muito próximo do aparelho
11:11
não mede
muito próximo ao fundo
11:11
31
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rio Amazonas em Manacapuru
11:11
MENSURAÇÃO DO MATERIAL SEDIMENTADO
1) Ecossonda
1) GPS e Transdutor
32
7951843,07
7951808,85
7951807,80
7951804,96
7951798,41
7951793,68
7951798,19
7951799,02
7951799,88
7951797,00
7951797,79
7951807,81
7951808,65
7951809,43
7951812,04
7951812,87
7951811,84
7951820,04
7951824,57
7951830,90
7951840,93
7951845,41
7951848,06
7951856,19
7951856,94
7951859,43
cotas
06/06/2012
Batimetria da UHE Cachoeira Dourada - Brasil
435
430
425
420
415
Batimetria
410
405
cotas
400
395
390
Latitude
AMOSTRAGEM DE SEDIMENTOS EM SUSPENSÃO
DH-48
Garrafa de van dorn
DH-59
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06/06/2012
EQUIPAMENTOS
Filtro
Balança de Precisão
EQUIPAMENTOS
Forno de Mufla
Estufa de Secagem
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06/06/2012
Sólidos suspenso
período úmido
Sólidos suspenso
período seco
no
no
AMOSTRAGEM DE SEDIMENTOS DE FUNDO
Estudo da camada
superficial do
material
sedimentado
Draga de Peterson
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06/06/2012
EQUIPAMENTOS
Provetas - Pipetagem
Peneiras - Peneiramento
Granulometria de fundo
no período úmido
Granulometria de fundo
no período seco
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06/06/2012
Equipamento Piston Core
Estudo das camadas
material
sedimentado
Análise dos testemunhos
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06/06/2012
Modelos deposicionais
Deposito de Leito
Deposito de corrente
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Deposito de delta
Croqui dos depósitos existente na UHE Cachoeira
Dourada - Brasil
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06/06/2012
• Considere o trecho de rio do desenho
abaixo. Qual é o local mais aconselhável
para medir vazão?
Rápidos
40