BACIA HIDROGRÁFICA
ST 306 – PROF. HIROSHI
ESPIGÃO : Divisor topográfico ou divisor de águas.
TALVEGUE : É o canal coletor da bacia (álveo).
PONTO DE PROJETO : Local da medição da vazão (P.p.).
DECLIVIDADE MÉDIA :Inclinação média do talvegue (i).
¨Run-off¨: Coeficiente de escoamento superficial (c).
TIPOS DE TALVEGUES E REGIMES DE FLUXO
PERENE:
Vazão fluente o ano todo.
INTERMITENTE:Vazão fluente nos períodos chuvosos.
EFÊMERO:Vazão fluente durante e logo após as chuvas.
CARACTERÌSTICAS FÍSICAS
ÁREA DE DRENAGEM
Planímetro :
-
S (Km²)
(mecânicamente)
Coordenadas : (analíticamente)
Vetorização :
Medir as coordenadas gráficamente em escala,
lançar em sistema Auto-Cad, ou planilhar e
determinar a área pela fórmula de Gauss.
Gauss :
S =
|∑X.Y|-|∑Y.X|
-----------------------2
PERÍMETRO DA BACIA HIDROGRÁFICA
É o comprimento linear do espigão
ou
divisor topográfico ( Km. ), que
pode ser determinado através de um
curvímetro ou analíticamente
por
coordenadas,
ou
até mesmo de
maneira gráfica, sempre obedecendo a
escala
do
desenho
da
bacia
hidrográfica.
Kc = Coeficiente de compacidade
Relaciona o perímetro da Bacia Hidrográfica com uma
circunferência de área igual ao da bacia hidrográfica
P ( Km.)
Kc = -----------2∏R
S = ∏ R²
R=
s
√ ---∏
Quando Kc tender a 1, há maior risco de cheias (bacia circular)
√
FATOR
DE
_
FORMA
“Kf”
L (Km)
KF = ----------------L (Axial) (Km)
_
L (Km) = Largura média da bacia hidrográfica;
L (Axial) (Km) = Comprimento longitudinal do talvegue principal
_
s (Km)
L (Km) = -----------L (Km)
Escoamento
Superficial
Fatores Influentes:
Climáticos Regionais:
Regime de chuva;
Época do ano
-primavera
-verão
-outono
Limeira: Precipitação média de 1400 mm./ano
Relevo: - geografia - localização tropical
- topografia – onduladas com colinas
- geologia - formação tubarão
- ocupação e uso do solo – culturas perenes
Chuvas antecedentes – Períodos chuvosos tendem a
saturar o solo, ocasionando fluxo superficial erosivo quando
sem controle racional ou sistematizado.
FATORES
FISIOGRÁFICOS
Forma da bacia hidrográfica:
Circular: maior tendência de cheias
Alongada: menor tendência de cheias
Permeabilidade do solo : Tipo de solo e sub-solo
Interceptações:
barragens e lagos naturais
canais e gargantas naturais
retificações dos cursos
meandros
naturais
Declividade:
Q=SxV
maior declive –
velocidade maior
menor declive – velocidade menor
C : Coef. de escoamento superficial“run-off”
C=
__Volume escoado__
Volume precipitado
Tc: tempo de concentração:
“Duração da chuva para que toda B.H passe a contribuir no
ponto em estudo”
“É o tempo de duração para que a chuva que caiu no ponto
mais distante da B.H. passe escoando pelo ponto de análise
(P.p.)”
Depende de:
−
−
−
−
−
Área da B.H.
Forma
Declividade
Tortuosidade do talvegue
Cobertura
Fórmulas empíricas:
Tc = 4,54 √ A (ventura)
“Válida para regiões planas”
Tc = 7,63 √ A
(ventura)
I
“Válida para regiões com declives”
Tc = 345,6 √ A.I
(passini)
Onde :
A = ÁREA DA BACIA HIDROGRÁFICA
Tc =TEMPO DE CONCENTRAÇÃO
I =DECLIVIDADE
I = m/1000
Tc= 57(L3/H) 0,385 com tc em minutos
L= Comprimento do talvegue (Km)
H= Comprimento médio
Esta fórmula vale para bacias com área até
100 hectares (Kirpich)
Período de retorno “T”
T=
1
------F
Ex: para m = 19
n = 40
m = 19
F = m = 19 = 0,475
F% = 47,5
n = 40
Há probabilidade de 47,5% de ocorrer a
chuva de 78,5 mm com duração igual a 24
horas ou ser superada pelo menos uma
vez num ano qualquer.
Se T = 1
T = 2 anos
F = ______________
Obs: Utilizar sempre um número inteiro
com aproximação
Como exemplo: T = 3,6 anos T = 4 anos
Interpretação: teremos 47,5% de
risco de “ocorrer” num ano qualquer
teremos 52,5% de probabilidade de “não
ocorrer”
RESUMO:
1 Com pequenos períodos de retorno, sempre
haverá maior risco de ocorrência da chuva num ano
qualquer e é válido para obras de pequeno custo e pequeno
alcance
2 Com o período de retorno maior, o risco de
ocorrência da chuva de projeto num ano qualquer será
menor e é valido para obras de alto custo e grande alcance
Obs: O qual período de retorno adotar ???
“Considerar sempre o custo e benefício”
Ex: A vida útil ou alcance da obra é de 3 anos
Período de retorno
T = 5 anos
P = (1- (1-1)n).100
----------------T
Onde:
P = probabilidade
T = período de retorno
n = vida útil da obra
P = (1-(1-1)3).100 = 48,8%
5
Para “G.A.P” : adotar T = 10 anos
Qual a probabilidade de uma chuva de 75,10 mm
ocorrer em 5 anos?
P = (1-(1-1)5).100
P = 41%
Obs: Em projetos macros ou de grande alcance como
pontes, barragens, grandes canais urbanos, por
recomendação ou requisito do “D.A.E.E.” recomenda
T=100anos.
Alguns valores de T para pequenas obras
(Viessman 1977)
Drenagem rodoviária
10 a 50 anos
Aeroporto (pista)
5 anos
Drenagem pluvial urbana
2 a 10 anos
Pequenas barragens (diques)
2 a 50 anos
Drenagem agrícola
5 a 50 anos
→
I = intensidade das chuvas
− É a medida quantitativa de chuva precipitada sobre
uma área em determinado período de tempo.
− Convencionalmente a área é fixada em m², e a altura
pluviométrica em mm.
Exemplo :
Choveu 2,4mm em 24 horas significa que choveu
2,4 litros em 1 metro quadrado
Chuva com índice agrícola = 10mm
Duração da chuva:
“É o tempo cronológico entre o cair das primeiras gotas ( início
da chuva) até as últimas gotas (fim da chuva)”
→
Os dados mais confiáveis são obtidos através do
pluviógrafo.
Obs:
Chuvas de curta duração e grande intensidade são as
mais preocupantes, e consideráveis em projetos
de drenagem superficial.
“São provocadas por nuvens cúmulos-nimbos,
típicas chuvas convectivas ou chuvas de verão”
“Ocorrem geralmente nas pré-frontais nas
estações do “Outono e primavera”.
“Chuvas frontais”: Na vanguarda e no domínio das
frentes frias com chuvas leves e intermitentes de longa
duração,às vezes duram de 4 a 6 dias em situações
estacionárias ou com atividade do el niño.
ENSO: el niño southern oscilation
“Aquecimento anormal das águas do pacífico na costa
Peruana e Equatoriana, a alterando a direção dos
ventos alíseos”
ENSO: el niño southern oscilation
“Aquecimento anormal das águas do
pacífico na costa Peruana e
Equatoriana, a alterando a direção dos
ventos alíseos”
Provocando chuvas intensas na América do
Sul “Brasil Norte” e falta de chuvas no
“Brasil Sul”.
La niña: efeito inverso do el niño.
−
Equação de Limeira:
i=
−
Equação de Campinas:
i=
−
−
77,56 . T 0,1726
0,0056
1,087.T
(Tc+25)
2524,9.T0,136
-0,007
0,948.T
(Tc+20)
Equação de São Carlos :
i = 1681,8.T0,199
Tc+16)0,936
Dirceu Brasil Vieira
Equação de intensidade:
São equações regionalizadas levando em
consideração os dados pluviométricos
regionais, com as frequências de
ocorrências pluviométricas para
equacionar e definir o regime
pluviométrico regional.
→
MÉTODO DE CÁLCULO DA VAZÃO
Método racional:
Admite-se até uma área da Bacia Hidrográfica de
até 100 hectares ou 1 Km2
Q = C.i.A
Q = Vazão
C = coeficiente de deflúvio “run-off”
i = intensidade da chuva
A = Área da B.H. ou área de drenagem
Unidade dos dados:
se i em mm/hora
A em m2
Q = m3/seg
Q = 10-6 .C.i.A (m3/seg)
3,6
Exemplo:
C = 0,5
Tc = 20 minutos
h = 30 mm
A = 0,5 Km2
I = h. mm
Tc = 20 min
i = 30 mm
I em mm/ hora
I em metros/hora
Área em m2
0,5 Km2
= 1,5mm/min
1,5 mm.60 min
(1m = 1000mm)
I = 90 mm/hora
I = ,09m/hora
1Km2 = 1000000m2
0,5 . 1000000
A = 500000 m2
Q = C.i.A (m3/seg)
Q = 0,5.0,09m.500m2
3600seg
Q = 6,25m3/seg
Pressupostos do método racional:
1.
Chuva distribuída de forma única na B.H
2.
Precipitação com intensidade constante
3.
Tempo de concentração igual a duração da chuva
4.
Coeficiente de run-off único
5.
Não considera intercepções ou amortecimento
6.
período de retorno entre 5 a 10 anos para “G.A.P”
7.
Período de retorno de 25 anos para macrodrenagem
como canais, bueiros e pontes urbanas.
Obs: utilizar fórmulas de kirpich para Tc
tc = 57 ( L3 )0,385
H
onde:
Tc = tempo de concentração (minutos)
L = extensão do talvegue (Km)
H = desnível do talvegue desde a cabeceira até o ponto de
projeto com unidade em metro (m)
RESUMO
Dados básico da vazão de projetos: Kc =
perímetro da bacia hidrográfica = 2.π.R
P
R =√πA
1: Área da B.H
2: Perímetro da bacia
3: Declividade média da talvegue
4: Kc (coeficiente de compacidade)
Kc = P
2πRR =
A
√
π
5. Kf (fator de forma)
Kc =
P
2πRR =
A
√ π
Kf =
largura média da B.H
Comprimento axial do talvegue
L = A (Km2)
Kf = A . 1
Laxial (Km)
L L
Kf = L
Laxial
Kf = A
L2
Coeficiente de run-off
Esclher na p. 17/56
“terras cultivadas”
7.
Tempo de concentração “Tc”
Usar “kirpich”
Tc min = 57 ( L3 ) 0,385
H
Com:
L = Km
H = declividade média (m)
8.
Período de retorno
10 ou 15 anos (adotar)
9.
Intensidade “i”
Equação de Limeira ou Campinas
i = 77,56 . T0,1726
(Tc + 25)1,087.T0,0056
Campinas:
i = 2524,9 . T0,136
(Tc + 20) 0,948.T-0,007
10.
Vazão do projeto “fim”
Q=C.i.A
6.