20091217144400 medicao de descarga liquida em grandes rios digital

7/22/2019 20091217144400 Medicao de Descarga Liquida Em Grandes Rios Digital

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Repblica Federativa do BrasilLuiz Incio Lula da Silva

Presidente

Ministrio do Meio AmbienteCarlos Minc

Ministro

Agncia Nacional de guasDiretoria Colegiada

Jos Machado (Diretor-Presidente)

Benedito Braga

Bruno Pagnoccheschi

Dalvino Troccoli Franca

Paulo Lopes Varella Neto

Superintendncia de Gesto da Rede Hidrometeorolgica

Valdemar Santos Guimares


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Foto: Paulo Gamaro/Banco de imagens ANA

Foto: Solange/Banco de imagens ANA

Foto: Maurcio/Banco de imagens ANA

Foto: Douglas/Banco de imagens ANA

Foto: Marcos/Banco de imagens ANA

Foto: Ralph/Banco de imagens ANA

Foto: Prado/Banco de imagens ANA

Foto: Silvio/Banco de imagens ANA

Foto: Bragana/Banco de imagens ANA


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Ministrio do Meio Ambiente

Agncia Nacional de guas

Superintendncia de Gesto da Rede Hidrometeorolgica

Braslia DF

2009

M A N U A L T C N I C O

MediodeDESCARGA LQUIDAem Grandes Rios


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Agncia Nacional de guas ANA, 2009

Setor Policial Sul, rea 5, Quadra 3, Blocos B, L, M e TCEP 70610-200, Braslia DFPABX: 61 2109 5400www.ana.gov.br

Equipe editorial

Coordenao Geral do Material Tcnico:

Valdemar Santos GuimaresMarcelo Jorge Medeiros

Edio do Material Tcnico:

Fabrcio Vieira AlvesMatheus Marinho de FariaCelso Rosa de vilaPaulo Everardo Muniz Gamaro

Mauro Silvio RodriguesMauricio OrlandiMrcio de Oliveira CndidoJorge Enoch Furquim Werneck Lima

Reviso de Texto:

Leny Simone Tavares Mendona

Capa:

Represa de Piracaia, SP Toms May/Banco de imagens ANA

Produo:

TDA Comunicao www.tdabrasil.com.br

Todos os direitos reservados. permitida a reproduo de dados e informaes contidos nesta publicao, desde que citada a fonte.

Catalogao na fonte: CEDOC / BIBLIOTECA

A271m Agncia Nacional de guas (Brasil)

Medio de descarga lquida em grandes rios: manual tcnico / AgnciaNacional de guas. - Braslia: ANA; SGH, 2009.

88 p : ll.

ISBN: 978-85-89629-34-81. Recursos hdricos 2. Fluviometria 3. Medio de vazo 4. Manual tcnico

grandes rios

I. Agncia Nacional de guas (Brasil) II. Superintendncia de Gesto da Rede

HidrometeorolgicaCDU 556.18:556.08(035)


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Apresentao ...............................................................................................................................................................................................................................................11

1 Medio de Variveis Hidrolgicas ...............................................................................................................................................................................141.1 Nvel de gua ................................................................................................................................................................................................................................151.2 Precipitao ....................................................................................................................................................................................................................................18

2 Levantamentos Topogrficos e Batimtricos ...................................................................................................................................................22

2.1 Medidas de distncia e ngulo...................................................................................................................................................................................222.1.1 Posicionamento com sextante .....................................................................................................................................................................232.1.2 Posicionamento com teodolito ....................................................................................................................................................................242.1.3 Posicionamento com distancimetro ....................................................................................................................................................252.1.4 Posicionamento com DGPS .............................................................................................................................................................................25

2.2 Levantamento batimtrico .............................................................................................................................................................................................26

3 Medio de Descarga Lquida .............................................................................................................................................................................................28

3.1 Variveis da medio de descarga lquida .....................................................................................................................................................283.2 Mtodo convencional com molinete hidromtrico .............................................................................................................................293.3 Mtodos de clculo: seo mdia e meia seo ......................................................................................................................................33

3.3.1 Seo mdia ..................................................................................................................................................................................................................333.3.2 Meia seo.......................................................................................................................................................................................................................33

4 Curva de Descarga Lquida (ou Curva-chave) ..................................................................................................................................................36

5 Tcnicas de Medio da Descarga Lquida em Grandes Rios ........................................................................................................40

5.1 Mtodo do barco ancorado ...........................................................................................................................................................................................405.2 Mtodo dos grandes rios (mtodo barco no-ancorado) .............................................................................................................465.3 Mtodo do barco em movimento (moving boat ou smoot) ......................................................................................................555.4 Mtodo acstico (efeito doppler) ............................................................................................................................................................................61

5.4.1 Conceito do princpio doppler .......................................................................................................................................................................635.4.2 A tecnologia ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) .........................................................................................................635.4.3 Fundamentos da medio de vazo com adcp ............................................................................................................................665.4.4 Perspectivas ...................................................................................................................................................................................................................71

5.4.5 Quebra de paradigmas do princpio doppler ..................................................................................................................................715.4.6 Terminologia doppler............................................................................................................................................................................................725.4.7 Ficha de medio com ADCP ..........................................................................................................................................................................72

SUMRIO


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6 Estudo de Caso Estao Manacapuru ..............................................................................................................................................................76

6.1 Fotos ......................................................................................................................................................................................................................................................83

6.1.1 Estao fluviomtrica............................................................................................................................................................................................836.1.2 Estao pluviomtrica ..........................................................................................................................................................................................836.1.3 Estao telemtrica .................................................................................................................................................................................................846.1.4 Seo de medio de descarga lquida .................................................................................................................................................84

6.2 Curva-chave ...................................................................................................................................................................................................................................85

7 Referncia ...................................................................................................................................................................................................................................................88


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1- Estaes fluviomtricas em operao no Brasil....................................................................................................................14

2- Estaes pluviomtricas em operao no Brasil ..................................................................................................................15

3- Rgua de alumnio anodizado e pintada sobre concreto ............................................................................................16

4- Seo de rgua sem escadaria e com escadaria ..................................................................................................................16

5- Lingrafo de bia (modelo stevens) e poo tranqilizador .........................................................................................1

6- Lingrafos de presso de bolhas e transdutor eletrnico .............................................................................................1

7- Lingrafo digital .............................................................................................................................................................................................1

8- Referncia de nvel de concreto .......................................................................................................................................................1

9- Pluvimetros VilLe de Paris e modelo DNAEE e proveta .............................................................................................18

10- Pluvigrafos de bia, balana e cubas basculantes (PCD) ...........................................................................................18

11- Pluvigrafo digital (sensor de chuva com datalogger) ...................................................................................................18

12- Mtodo direto de posicionamento com cabo de ao graduado ...........................................................................22

13- Utilizao do sextante .............................................................................................................................................................................23

14- Parmetros para clculo da posio da vertical B...............................................................................................................23

15- Utilizao do teodolito para posicionamento do barco e alvos de visada ....................................................24

16- Variveis envolvidas no posicionamento do barco ...........................................................................................................24

17- Utilizao DGPS na margem (base) e no barco (mvel) ................................................................................................25

18- Mtodos de batimetria: vau, guincho hidromtrico e ecobatmetro.............................................................26

19- Ecobatmetro com detalhe do transdutor ................................................................................................................................26

20- Grandezas necessrias para determinao da descarga lquida ............................................................................30

21- Partes do molinete (corpo e hlice) e o passo da hlice ...............................................................................................3

22- Relao entre a velocidade da gua e as rotaes medidas pelo molinete .................................................3

23- Estrutura do guincho (cabo de ao e medidor da profundidade do molinete) e do molinete

e lastro (formato hidrodinmico) ....................................................................................................................................................32

24- Instalao do ecobatmetro na lateral do barco, contador digital de pulsos e registrador de

dados do ecobatmetro .........................................................................................................................................................................32

25- Clculo da seo mdia - verificao das verticais e reas ..........................................................................................33

26- Clculo da meia seo - verificao das verticais e reas .............................................................................................33

27- Curva de descarga de controle nico ..........................................................................................................................................36

28- Curva de descarga com mudana de controle .....................................................................................................................3

29- Medies de descarga indicando curva de descarga em lao .................................................................................3

30- Seo de medio com o PI E PF e verticais de medio de velocidades.......................................................40

31- Procedimentos para ancoramento do barco ..........................................................................................................................4

NDICE DE FIGURAS


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32- Clculo das variveis D,X,Ycom o barco jusante da seo transversal PI-PF.........................................4

33- Clculo das variveis D,X, Ycom o barco montante da seo transversal PI-PF...................................42

34- Perfil transversal da seo obtida pelo mtodo barco ancorado ..........................................................................46

35- Parmetros para clculo da vazo pelo mtodo dos grandes rios .......................................................................4

36- Posicionamento do barco durante a medio utilizando teodolitos .................................................................4

37- Ecobatmetro com contador de pulsos digital do molinete e utilizao do rdio comunicador

para posicionamento do barco ........................................................................................................................................................48

38- Triangulao em Manacapuru/AM e posicionamento dos teodolitos ..............................................................48

39- Perfil transversal da seo de medio pelo mtodo dos grandes rios ...........................................................55

40- Medio de vazo pelo mtodo Smoot .....................................................................................................................................56

41- Alvo prximo margem e contador de pulsos pelo mtodo barco em movimento ...........................56

42- Seo de medio com a utilizao do mtodo do barco em movimento...................................................5

43- Equipamentos para medio pelo mtodo Smoot a 1 metro de profundidade ......................................5

44- Eixo vertical fixado na proa do barco e medidor de ngulo ......................................................................................58

45- Perfil transversal da seo de medio pelo mtodo Smoot ....................................................................................6

46- Comparao da medio com ADCP com mtodo convencional (Molinetes) ..........................................6

47- Mapeamento da seo transversal pelo ADCP/ADP ........................................................................................................62

48- Tela do programa Winriver (RDI Instruments fabricante do ADCP) .................................................................62

49- Tela do programa River Surveyor (Sontek fabricante do ADP) ............................................................................63

50- Ondas A fonte estacionria e B fonte em movimento ...........................................................................................63

51- ADCP BB-DR e equipamentos instalados em bote tipo Zodiac no Rio Beni, Bolvia ..........................65

52- Perfil de velocidade da seo medida com o ADCP no Rio Solimes, Manacapuru em

07/08/2002 (123.619m3/s) ....................................................................................................................................................................65

53- Vista dos 3 transdutores do ADP e dos 4 transdutores acsticos do ADCP utilizados para

emitir e receber os pulsos sonoros .................................................................................................................................................66

54- Modo como o ADCP mede vazo ...................................................................................................................................................6

55- reas medidas e calculadas (margens, fundo e topo) pelo ADCP ........................................................................6

56- Fontes de interferncia e forma do sinal emitido por cada transdutor do ADCP ....................................68

57 - Extrapolao das reas no medidas (exponencial).........................................................................................................68

58- Tela de configurao inicial do programa Winriver (ADCP) ........................................................................................69

59- Principais comandos do WH Rio Grande ADCP (RDI) .......................................................................................................69

60- Configurao inicial do River Surveyor da Sontek .............................................................................................................69

61- Configuration Wizard ...............................................................................................................................................................................70


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62- Ficha de medio de vazo com ADCP .......................................................................................................................................73

63- Estao fluviomtrica de Manacapuru (14.100.000) .....................................................................................................83

64- Estao pluviomtrica de Manacapuru (00360001) ......................................................................................................83

65- Estao telemtrica de Manacapuru (14.100.000) ..........................................................................................................84

66- Alvos da seo de medio de descarga lquida da estao Manacapuru ....................................................84

67- Curva-chave da estao Manacapuru/AM (14.100.000) ................................................................................................85


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1- Grandezas Geomtricas da Seo ...................................................................................................................................................28

2- Grandezas do Escoamento na Seo ...........................................................................................................................................29

3- Frmulas para Clculo da Velocidade Mdia na Vertical..............................................................................................30

4- Freqncias Mximas de Contagem Tericas e Prticas ..............................................................................................32

5- Valores Medidos de Profundidade Total e ngulos dos Teodolitos para Vertical ....................................42

6- Clculo da Distncia (D) do Barco Margem Esquerda do Rio ...............................................................................43

7- Clculo das Coordenadas (X e Y) do Barco e Velocidade Medida pelo Molinete para a Vertical,

Profundidade e VelocIdade Integrada.........................................................................................................................................44

8- Clculo das Velocidades Mdias, Largura (Mtodo Meia Seo), rea, Vazo em Vertical e Total..45

9- Valores Medidos de Profundidade Total e ngulos Teodolitos para Vertical e Profundidade......49

10- Clculo da Distncia (D) Percorrida pelo Barco para cada Vertical e Profundidade ..............................50

11- Clculo das Coordenadas (X e Y) do Barco e Velocidade Medida pelo Molinete para cadaVertical e Profundidade ..........................................................................................................................................................................52

12- Clculo das Velocidades (Molinete, Barco, Longitudinais, Rio), Largura (Mtodo Meia Seo),

rea e Vazo para cada Vertical (Mtodo Grandes Rios) ..............................................................................................54

13- Coeficientes do Molinete Utilizado nas Travessias ............................................................................................................58

14- Clculo das Velocidades Mdias, Distncias Percorridas, reas Parciais e Vazes Parciais para

cada Vertical e Vazo Total da Travessia .....................................................................................................................................59

15- Resumo das Medies em cada Travessia e Correo da Vazo em Funo da Distncia entre

as Margens (Kl) ..............................................................................................................................................................................................60

16- Valores Mnimos e Mximos para Equipamentos WH Rio Grande ADCP (RDI) ..........................................70

17- Distncias para o Blanking nos Equipamentos ADCP (RDI) .......................................................................................71

NDICE DE TABELAS


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O Brasil possui uma disponibilidade hdrica superficial estimada em 8.160 km/ano,

aproximadamente 18% do total disponvel no globo terrestre. Apenas o rio Amazonas,

que possui uma vazo mdia de 209.000 m/s, lana no Oceano Atlntico aproximada-mente 6.590 km/ano.

O crescimento populacional das ltimas dcadas e os correspondentes nveis de demanda

de gua para satisfao dos seus diversos usos, consuntivos e no consuntivos, esto

contribuindo para seu esgotamento em muitas partes do mundo, seja em termos dos

volumes remanescentes, seja pela deteriorizao da sua qualidade, resultando da considerar

a gua um recurso natural limitado, dotado de valor social, econmico e ambiental.

A gesto da rede bsica de estaes hidromtricas em todo territrio brasileiro vem

sendo realizada pela Superintendncia de Gesto da Rede Hidrometeorolgica SGH

da Agncia Nacional de guas ANA, sendo as estaes operadas por diferentes em-

presas e entidades parceiras.Atualmente, 25.703 estaes hidrometeorolgicas de diversas operadoras esto

cadastradas no banco de dados hidrometeorolgicos da ANA, sendo 15.696 estaes

pluviomtricas e 10.007 estaes fluviomtricas, das quais 987 so sedimentomtricas

e 3.615 de qualidade da gua. Encontram-se efetivamente, em operao no pas, 8.969

estaes pluviomtricas e 5.854 fluviomtricas. Das estaes fluviomtricas, 3.246 tem

monitoramento de qualidade de gua e 818 tem medies sedimentomtricas (Banco

de Dados Hidro. Acesso em: maio 2009).

As informaes hidrolgicas obtidas com estas estaes esto sendo consideradas, cada

vez mais, estratgicas para o gerenciamento dos recursos hdricos e desenvolvimento

de projetos em vrios segmentos da economia como: agricultura, transporte, energia

e meio ambiente. Destacam-se os esforos empreendidos para a produo de dados

e informaes hidrolgicas, mediante o emprego de tecnologias modernas para

seu processamento, tendo como objetivos a espacializao dos dados por meio do

geoprocessamento e sua disponibilizao na Internet como forma de democratizar

sua divulgao.

A implementao da Poltica Nacional de Recursos Hdricos (PNRH) defronta-se com

uma grande necessidade de conhecimentos cientficos e tecnolgicos, ao mesmo

tempo em que depende de formao e treinamento de pessoal, em todos os nveis,

para fazer face s tarefas que se impem com a Lei das guas.

Diante da necessidade de padronizar as atividades desenvolvidas no campo da

hidrometria e de orientar tcnicos, pesquisadores e demais profissionais da rea, a ANApretende oferecer o presente Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida

em Grandes Rios.

APRESENTAO


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15/91

MEDIODE VARIVEIS

HIDROLGICAS

1


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Agncia Nacional de guas14

A gua existe em praticamente todo o planeta, na

atmosfera, na superfcie dos continentes, nos mares,

oceanos e no subsolo, em permanente circulao, pro-

cesso denominado ciclo hidrolgico.

A palavra hidrologia deriva das palavras gregas hydro(gua) e logos (cincia) designando, portanto, a cin-

cia cujo objeto o estudo da gua sobre a terra, sua

ocorrncia, distribuio e circulao, suas propriedades e

seus efeitos sobre o meio ambiente e a vida. Entretanto,

por causa da enorme amplitude dessa definio, numero-

sas disciplinas se constituram em cincias especializadas

(meteorologia, limnologia, oceanografia, ecologia), alm

de estudos como a hidrometria (SANTOS et al., 2001).

A hidrometria um captulo da hidrologia que consiste

na medio das grandezas que interessam ao estudo da

gua na natureza, como vazes (lquidas e slidas) e n-

veis dgua em rios, lagos e represas, ndices pluviomtri-

cos (chuva) e outros parmetros. Pode ser aplicada tam-

bm em medies de gua em estaes de tratamento

de gua ou de esgotos (WIKIPEDIA, 2007).

Essas grandezas podem ser medidas diretamente, como

ocorre com a precipitao e com o nvel de gua; ou indi

retamente, como o caso da vazo lquida e slida e d

evapotranspirao, quando se medem grandezas tpica

que guardam uma determinada relao funcional com varivel em pauta.

Pelo exposto, fica evidente a necessidade de medir no

campo uma srie de variveis hidrolgicas e meteorolg

cas, visando o conhecimento das caractersticas hidrolg

cas e possibilitando a aplicao dos modelos matemtico

na previso de nveis e/ou vazes, a estimativa da probab

lidade associada a eventos raros e a quantificao as poss

bilidades do aproveitamento dos recursos hdricos.

Um local de observao chamado de posto ou

estao. Por exemplo, um posto pluvio-fluviomtrico

o local onde se medem precipitaes, nveis dgua

vazes. Como decorrncia da variao espacial conside

rvel dessas grandezas, necessita-se, para caracteriza

uma bacia hidrogrfica, de vrias estaes distribuda

sobre a sua superfcie, o que leva ao conceito de rede

Mapa:Simone/BancodemapasANA/SGHAtualizadoemm

aiode2009

Figura 1Estaes fluviomtricas em operao no Brasil.


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Manual Tcnico sobre Medio de Descarga Lquida em Grandes Rios

de monitoramento, ou seja, um conjunto de estaes

pluviomtricas, fluviomtricas, sedimentomtricas, me-

teorolgicas e de qualidade da gua distribudas sobre

uma determinada regio.A Rede Hidrometeorolgica em operao no Brasil, sob

responsabilidade da ANA e de outras entidades, est

representada nas Figuras 1 e 2.

1.1 Nvel de gua

O estudo do regime hidrolgico de um curso dgua

exige, evidentemente, o conhecimento da variao de

seu nvel e vazo ao longo do tempo.

Como a avaliao diria das vazes por um processo diretoseria excessivamente onerosa e complicada, opta-se em

geral pelo registro dirio, duas vezes ao dia (nas estaes

da ANA s 7 horas e s 17 horas) ou contnuo no tempo, do

nvel dgua e pela determinao da relao entre nvel de

gua e vazo (curva ou tabela cota-vazo).

Neste tpico ser descrito apenas a medio do nve

da gua (cota do rio), visto que a medio da vazo ser

tratada posteriormente.

Mede-se o nvel de gua por meio de linmetros, maicomumente chamados de rguas limnimtricas e lin

grafos. Uma rgua limnimtrica uma escala graduada

de madeira, de metal (esmaltado ou no), ou mesmo

pintada sobre uma superfcie vertical (Figuras 3 e 4).

Evidentemente, as leituras de uma rgua limnimtric

esto sujeitas a uma srie de erros, entre os quais, alm

de dificuldades naturais na leitura durante cheias (osc

lao do nvel por alguns decmetros), os chamados er

ros grosseiros (resultantes da impercia ou neglignci

do observador), e os erros sistemticos que, em geraprovm de mudanas causais ou mal documentadas d

zero da rgua.

A rgua pode no ser representativa da situao de mdi

diria. perfeitamente possvel que tenha ocorrido

um mximo (ou mnimo) no intervalo das leituras. Ess

Figura 2Estaes pluviomtricas em operao no Brasil.

Mapa:Simone/BancodemapasANA/SGHAtualizadoemm

aiode2009


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Figura 3Rgua de alumnio anodizado e pintada sobre concreto.

Foto:Fabrcio/BancodeimagensANA


Figura 4Seo de rgua sem escadaria com escadaria.

Foto:Maurcio/BancodeimagensANA


problema particularmente importante nas bacias

hidrogrficas pequenas e/ou urbanas.

Para contornar esse tipo de problema, costuma-se

instalar em estaes fluviomtricas com variaes rpi-

das de nvel, aparelhos registradores contnuos do nvel

dgua, denominados lingrafos. Sob o ponto de vista

funcional existem os lingrafos de bia, colocado em

Poo Tranquilizador (Figura 5) e os de presso (Figura 6).

Um detalhe importante a necessidade de instalar junto

rgua, duas ou mais referncias de nvel (RN), para

permitir a reinstalao na mesma cota, na eventualidade

de os lances serem destrudos por uma enchente ou ato

de vandalismo, ou at mesmo para o nivelamento do

nveis de rgua durante a campanha de manuteno d

estao. importante que as referncias de nvel sejam

identificadas com um nmero sequencial e com cota em

relao ao zero da rgua (Figura 7).

Os lingrafos podem ser do tipo analgico com registrador grfico ou digital, armazenando a informao a se

coletada em um datalogger equipamento destinad

a executar a aquisio e a gravao de dados duran

te um perodo de tempo, eliminando a necessidade d

presena de um operador durante a coleta (Figura 8).


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Figura 6Lingrafos de presso: de bolhas e transdutor eletrnico.

Foto:Alessandro/BancodeimagensANA

Foto:Alessandro/BancodeimagensANA

Figura 5Lingrafo de bia (modelo Stevens) e poo tranqilizador.

Foto:Bos

co/BancodeimagensANA

Foto:Bos

co/BancodeimagensANA

Figura 7Referncia de nvel de concreto.

Foto:M

atheus/BancodeimagensANA

Foto:M

atheus/BancodeimagensANA

Figura 8Lingrafo digital.

Foto

:Celso/BancodeimagensANA

Foto

:Celso/BancodeimagensANA


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Esses dados so coletados por meio da conexo entre o

datalogger e um computador porttil ou mesmo serem

transmitidos remotamente por sistema de telemetria (ver

descrio dos pluvigrafos digitais no item 1.2 a seguir.

1.2 Precipitao

No Brasil, onde a absoluta maioria da precipitao

(mais de 99%) est sob a forma de chuva, mede-se

convencionalmente a precipitao por meio de aparelhos

chamados pluvimetros e pluvigrafos.

O pluvimetro um aparelho dotado de uma superfcie

de captao horizontal delimitada por um anel metli-

co e de um reservatrio para acumular a gua recolhida,

ligado a essa rea e captao. Em funo dos detalhes

construtivos, h vrios modelos de pluvimetros em usono mundo, sendo no Brasil bastante difundido o tipo

Ville de Paris(Figura 9).

O pluvimetro Ville de Parispossui uma rea de captao

de 400 cm2, de modo que um volume de 40 ml corres-

ponde a 1 mm de precipitao. A gua acumulada no

aparelho retirada por meio de uma torneira situada no

fundo do aparelho em horrios pr-fixados (nas estaes

da ANA s 7 horas) e medida por meio de uma proveta

calibrada especificamente para o tipo de pluvimetro

utilizado. Ainda existe, para evitar a entrada de sujeira e

reduzir a evaporao da gua, uma peneira entre a re

de captao e o depsito de gua.

O valor da precipitao anotado no dia da leitura parfacilitar a ao dos observadores, embora a maior par

te do perodo transcorrido entre as observaes tenh

ocorrido no dia anterior. Portanto, as observaes d

chuva referem-se ao total acumulado nas ltimas 24 ho

ras, quando este for o intervalo entre as leituras.

Para medio de chuvas de pequena durao ou quando

se exige o conhecimento da chuva em intervalos menore

(monitoramento de pequenas bacias), so utilizados o

chamados pluvigrafos.

Esses aparelhos so capazes de registrar continuamentede forma analgica ou digital, a precipitao em deter

minado local. Nos aparelhos de registro analgico exist

um mecanismo que registra graficamente a chuva acu

mulada. Entre os diferentes tipos de pluvigrafos em uso

h trs sistemas mais usuais: o debia, balana ecuba

basculantes (Figura 10).

A gerao atual de pluvigrafos utiliza tecnologia digita

com o registro dos eventos armazenamentos em Datalog

Figura 9Pluvimetros Ville de Paris e modelo DNAEE e proveta.

Foto:Bosco/BancodeimagensANA




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ger equipamento com capacidade de memria varivel,

capaz de armazenar as informaes em intervalos de tem-

po previamente determinados. Este avano tecnolgico

permite eliminar a difcil tarefa de leitura de interpretao

grfica, eliminando erros e reduzindo custos.

O sensor de chuva pode ser o de cubas basculantes,

emitindo pulsos que so recebidos pelo Datalogger

acoplado ao sensor. Os dados armazenados so

coletados com o uso de computadores portteis ou

coletor de dados.

Existem equipamentos em que o sensor de chuva e

Datalogger encontram-se numa nica unidade (pluvi

grafo digital) e outros onde o sensor funciona numa Pla

taforma de Coleta de Dados PCD, levando a informa

ao Datalogger por meio de cabos prprios (Figura 11).

Esses sensores digitais, quando inseridos a um sistema d

telemetria, com modeme meio de comunicao (satlite

telefonia celular, telefonia convencional ou rdio), forne

cem a informao em tempo real, na central de controle

em intervalos de tempo previamente programados.

Figura 10

Pluvigrafos de bia, de balana e cubas basculantes (PCD).




Figura 11Pluvigrafo digital (sensor de chuva com datalogger).

Foto:C

elso/BancodeimagensANA

Foto:C

elso/BancodeimagensANA


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LEVANTAMENTOSTOPOGRFICOSE BATIMTRICOS

2


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2.1 Medidas de distncia e ngulo

As medidas de distncia podem ser realizadas pelos

processos direto e indireto.

O processo direto consiste em se percorrer a distnciaa ser medida, verificando o nmero de vezes que uma

unidade de medida linear (metro) cabe dentro do espao

a se medir. O instrumento mais utilizado na medida direta

de distncia a trena, sendo que o cabo de ao graduado

tambm usado com frequncia em hidrometria.

O processo indireto utiliza equipamentos que consideram

somente as extremidades da distncia a medir.

Em hidrometria, a escolha do processo depende do tipo

de levantamento e das caractersticas do local, alm do

equipamento e equipe de hidrometristas disponveis.

Os instrumentos de medida de distncias e ngulos so

utilizados principalmente nas medies de vazo e nos

levantamentos batimtricos das sees transversais,

com o objetivo de determinar a largura do rio, a

distncia entre o Ponto Inicial - PIe o Ponto Final - PFe

o posicionamento das verticais.

Muitas vezes torna-se necessrio utilizar a Lei do

Senos e dos Cossenos no clculo do posicionamento

do barco e para obteno da triangulao da seo d

medio de descarga, em funo do posicionamento

dos alvos nas margens.

Lei dos senos:( ) ( ) ( )Csen

c

Bsen

b

Asen

a==

Lei dos cossenos: ( )Cbabac cos2222 +=

a

b

cB

C

A

Cabe recordar que:

:se ( ) ( ) ( ) ( ) ( )ABsenBAsenBAsen coscos +=+

:ento ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 10180coscos180180 == CsenCsenCsenCsen ooo

( ) ( )CsenCsen o =180:logo

Foto:Maurcio/Bancodeim

agensANA

Figura 12Mtodo direto de posicionamento com cabo de ao graduado.


25/91


( )

( )Bsen

CBsenba

+=

( )[ ]

( )Bsen

CBsenba

o+

=180

PI PF

Alvo F1

B

a

b

A

c

C

b = base da triangulao;

C = ngulo obtido com a triangulao;

B = ngulo lido no sextante;

a = distncia a ser calculada para determinar a

posio da embarcao no eixo da seo

de medio.

Figura 14Parmetros para o clculo da posio da vertical B.

Nos rios de pequeno e mdio porte, normalmente so

utilizados os mtodos diretos para posicionamento das

verticais, trena e cabo de ao graduado, respectivamente.

Nos rios com largura superior a 300 m ou rios menores

que apresentam velocidade elevada, normalmente soutilizados os mtodos indiretos de distncia. Neste caso,

de maneira geral, o posicionamento do barco feito por

triangulao, com o equipamento denominado Sextante

ou Teodolito1ou por um processo eletrnico utilizando-

se o distancimetro.2

2.1.1 Posicionamento com sextante

Sextante um instrumento tico destinado a medir

um ngulo entre dois objetos (Figura 13), permitindo

leituras com preciso at um minuto de ngulo. Emhidrometria, o sextante utilizado para medir, a partir

do barco, o ngulo horizontal entre alvos instalados

previamente nas margens, possibilitando determinar o

posicionamento da embarcao.

Na operao se segura com firmeza o instrumento

posicionado na horizontal e visa-se o alvo principal

atravs da luneta. As marcaes so feitas com o auxlio

de um suplemento montado em cima da agulha,

denominado alidade de marcao. Movendo a alidade,

leva-se a imagem refletida do alvo secundrio a coincidir

com a imagem do alvo visado diretamente. A alidade

indica no limbo do sextante o valor do ngulo medido.

A medio com sextante consiste em posicionar o barco

na vertical escolhida, seguindo o alinhamento dado

pelos alvos da margem esquerda ME e pelos alvos da

MD (margem direita). Mede-se com o sextante, a partir do

barco, o ngulo formado entre o alinhamento e os alvos

localizados na mesma margem. Obtm-se, assim, um

tringulo com uma distncia e dois ngulos conhecidos,

conforme mostra a Figura 14, em que:

1O teodolito um instrumento ptico utilizado na topografia e naagrimensura para realizar medidas de ngulos verticais e horizon-tais, usado em redes de triangulao.

2Equipamento eletrnico usado em levantamentos topogrficos ougeodsicos para determinao de distncias.

Figura 13Utilizao do sextante.

Foto:Marcelo/BancodeimagensANA

Foto:Marcelo/BancodeimagensANA


26/91


Para uma maior segurana, devem-se ler no mnimo dois

ngulos para cada posicionamento do barco e utilizar a

mdia destes valores no clculo da distncia.

2.1.2 Posicionamento com teodolito

Este processo pode ser aplicado para o posicionamento

do barco ancorado ou em movimento e consiste na

instalao de dois teodolitos na margem; e um teodolito

(T2) deve estar posicionado na margem, no alinhamento

da seo transversal e tem a funo de indicar o

posicionamento da embarcao em relao ao eixo da

seo de medio (montante ou jusante da seo).

O segundo teodolito (T1) dever estar localizado na

margem de tal maneira que possa visualizar toda a

extenso da seo transversal e estar a uma distnciamnima de (T

2) equivalente a um tero da distncia entre

PI e PF. Esse teodolito medir o ngulo () formado, no

momento do posicionamento, entre o alinhamento (T1/

embarcao) e o alinhamento (T1/T

2) (Figura 15).

Figura 15Utilizao do teodolito para posicionamentodo barco e alvos de visada.

Foto

:Fabrcio/BancodeimagensANA

Foto:Celso/BancodeimagensANA

A distncia do barco ao PI (d) e das coordenadas x e

do barco so determinadas a partir dos seguintes valore

(Figura 16):

conhecidos pela triangulao da seo de medio

a base b (distncia T1-T2 sendo geralmente Tlocalizado no PI) e dos ngulos O1 e O2;

obtidos com os teodolitos durante a medio

ngulos e .

T1

y

b

d

x

T2

PI PF

O2

O1

Figura 16Variveis envolvidas no posicionamento do barco.

A distncia PI-PF (constante durante toda a medio

determinada a partir da base be dos ngulos O1e O

a distncia de as coordenadas xe y(variveis ao lon

go de todo a medio) podem ser calculados pela

seguinte expresses:

( )[ ] ( )

( ) ( )

( )(

21

2

221

2121

,,

180

OOsen

OsenbPFPI

Osen

PFPI

OOsen

b

OOsenOOsen o

+=

=+

+=+

( ) ( )[ ]( ) ( )

(

+=

+=

11180 Osen

senbd

Osen

b

sen

do

( )( )

=

=

sendy

dx cos


27/91


Cabe salientar que o valor das distncias d, x e y so

calculados em funo dos ngulos e , de acordo com

a orientao dos eixos cartesianos adotados.

2.1.3 Posicionamento com distancimetro

O distancimetro um equipamento eletrnico acoplado

ao teodolito, e os mais comuns possuem um alcance de

at 2 km. Na operao, h a necessidade de instalao

do refletor (prisma) no ponto a ser medido. O distanci-

metro deve ser instalado na margem, alinhado a seo

transversal e preferencialmente junto ao PI. As distncias

tomadas pelo distancimetro geralmente necessitam

de correo do ngulo vertical, pois dificilmente o pris-

ma colocado no barco est nivelado ao equipamento da

margem, utilizando-se a expresso a seguir:

( )

=

=

=

=

inclinadadistncia'

zenitedopartirangulo

horizontalnadistncia

queem,'

D

D

DsenD

Esse processo pode ser aplicado para o posicionamen-

to do barco ancorado ou em movimento. Nas medies

com barco ancorado, o mesmo equipamento pode

orientar o posicionamento e executar as tomadas de

distncia. Para medies com o barco em movimento,

h necessidade de um segundo teodolito, instalad

preferencialmente na margem oposta, para orientar o

alinhamento da embarcao.

Esse tipo de levantamento necessita de rdio

transmissores como equipamento complementar, para necessria comunicao entre o barco e o operado

do distancimetro.

2.1.4 Posicionamento com DGPS

O posicionamento da embarcao tambm pode se

efetuado por um sistema de posicionamento via satlite

Em hidrometria, utilizado o Sistema de Posicionament

Global Diferencial Sistema DGPS que registr

continuamente a posio da embarcao por meio deuma estao a bordo (mvel). Em terra, nos marcos d

cada estao ou em pontos de coordenada conhecid

ou arbitrada, instala-se a estao-base (Figura 17).

A preciso varia com o tipo de receptor e com o nmero

de satlites observados no momento da medio. O

receptores DGPS modernos proporcionam uma precis

milimtrica para o posicionamento horizontal, e

operao do sistema feita na prpria embarcao. Ap

o ps-processamento dos dados obtidos pelas dua

estaes (base e mvel), as coordenadas da embarca

durante a medio so conhecidas.

Foto:Ma

urcio/BancodeimagensANA


Figura 17Utilizao DGPS na margem (base) e no barco (mvel).


28/91


Figura 18

Mtodos de batimetria: Vau, guincho hidromtrico eecobatmetro.

Foto:Maurcio/Banco

deimagensANA

Foto:JosJorge/BancodeimagensANA

Figura 19Ecobatmetro com detalhes do transdutor.

2.2 Levantamento batimtrico

A batimetria da seo transversal consiste em um

levantamento detalhado do relevo da seo molhada,

parte submersa da seo transversal. Operacionalmente,o processo de levantamento depende das condies

locais e pode ser feito Vau, com guincho hidromtrico

e com ecobatmetro.

O processo Vau aplicvel em rios pequenos, no muito

largos e, principalmente, com profundidades inferiores

a 1 m e velocidades abaixo de 1 m/s. O levantamento

consiste do caminhamento na seo com uma mira ou

rgua graduada, levantando a profundidade da vertical

e a distncia da vertical at o PI.

O guincho hidromtrico o processo mais utilizado noBrasil, necessitando de embarcao adequada, sendo

o posicionamento nas verticais feito com cabo de

ao graduado ou pelos mtodos indiretos (sextante,

triangulao ou distancimetro). A profundidade

mxima medida com guincho depende da velocidade

da corrente, mas recomenda-se que seja de no mximo

de 10 m. O peso do lastro varivel com a velocidade

da corrente (quanto mais rpida a corrente, mais pesado

deve ser o lastro), e os lastros com mais de 50 kg no

devem ser manipulados por guinchos manuais.

A ecobatimetria (Figura 18) o mtodo para medir aprofundidade da gua pela medida do intervalo de

tempo necessrio para que ondas sonoras emitidas pelo

aparelho viagem, a uma velocidade conhecida, desde

um ponto determinado (alguns centmetros abaixo do

NA) at o leito do rio, onde so refletidas e voltam at

o equipamento. Os limites de operao variam com o

modelo do equipamento. Existem no mercado diversos

modelos que apresentam facilidades como permitir a

conexo com GPS em tempo real e a gravao dos dados

em meio digital (Figura 19).

A utilizao do ecobatmetro possui vantagens como:

registro contnuo do leito do rio, utilizao em pratica-

mente todas as situaes de velocidades, levantamento

realizado com a embarcao em movimento que permite

inferir sobre a formao do leito.

16o

INSTALAO DOTRANSDUTOR E NGULODO FEIXE DE SINAIS

F

F i h

i

D N A E E


29/91

MEDIO DEDESCARGA

LQUIDA

3


30/91


A medio de descarga lquida todo processo emprico

conhecimento que provm, sob diversas perspectivas,

da experincia , utilizado para determinar a descarga

lquida de um curso dgua. A vazo ou descarga de um

rio o volume de gua que passa por meio de uma seotransversal em determinada unidade de tempo (em geral

um segundo).

Os valores de vazo medidos em uma seo transversal

so associados a uma cota limnimtrica h (cota da

superfcie livre em relao a um plano de referncia

arbitrrio). Para determinao de uma curva-chave

em determinada seo necessrio conhecer certo

nmero de pares da relao cotavazo medidos em

condies reais.

As curvas-chaves ajustadas para as sees monitoradasnos rios so de grande importncia, pois fornecem

informaes utilizadas constantemente na elaborao

de estudos hidrolgicos que orientam diversos processos

de tomada de deciso, entre eles, anlises de processos

de outorga, definies sobre medidas estruturais e no

estruturais sobre eventos crticos (cheias ou estiagens),

projetos de abastecimento pblico e lanamento de

efluentes domsticos e industriais etc.

Destaca-se que quanto maior a preciso durante a

medio de descarga lquida (vazo), melhor ser oprocesso de tomada de deciso na rea de recursos

hdricos e saneamento ambiental.

Os mtodos mais utilizados para medio de vazo em

grandes rios so:

medio e integrao da distribuio de velocidad

(mtodo convencional);

mtodo acstico.

O mtodo acstico tem sido empregado, nos ltimo

anos, com frequncia por entidades operadoras de

redes de monitoramento hidrolgico, universidades

centros de pesquisa, empresas privadas, e esto sendo

alcanados bons resultados. Entretanto, o mtodo

convencional ainda o mais utilizado nas medies de

descarga lquida em grandes rios.

3.1 Variveis da medio de descargalquida

A medio de vazo envolve uma srie de grandezas ca

ractersticas do escoamento na seo e que podem se

agrupadas em duas grandes categorias:

grandezas geomtricas da seo;

grandezas referentes ao escoamento (velocidad

e vazo).

As principais grandezas de cada categoria, assim como o

smbolos e as unidades mais utilizados em publicaeda rea de recursos hdricos, podem ser verificadas n

Tabela 1 e Tabela 2.

Tabela 1 Grandezas geomtricas da seo.

Grandeza Smbolo Unidade Usual Clculo

rea A m ---

permetro molhado X m ---

raio hidrulico R m R = A/X

largura superficial L m ---

profundidade mdia Pmd m P = A/Lprofundidade mxima P

mx m ---

cota linimtrica h cm ---

ponto inicial da seo transversal PI --- ---

ponto final da seo transversal PF --- ---

distncia entre PI e PF D m ---

Continu


31/91


Tabela 2 Grandezas do escoamento na seo.


velocidade mdia na seo V m/s Vm = Q/A

vazo total na seo Q m/s ---

vazo em um segmento da seo qi

m/s ---

velocidade em um ponto na vertical vi

m/s ---

velocidade na superfcie vs

m/s ---

velocidade no fundo vf m/s ---velocidade mdia na vertical _v m/s ---

velocidade mdia superficial V sup

m/s ---

vazo unitria q m/s ---

Tanto as grandezas geomtricas quanto as referentes ao

escoamento so definidas em funo do nvel de gua na

seo analisada e, portanto, variam com ele. O plano de

referncia para a cota do nvel da gua, habitualmente

escolhido, o zero da rgua limnimtrica.

Para o emprego do mtodo de medio convencional,

necessria a determinao da velocidade em um nmerorelativamente grande de pontos na seo transversal,

podendo-se realizar a integrao das velocidades por

dois processos:

a) traando, com base nas velocidades medidas, as

curvas de igual velocidadeas istacas, calcula-

se a rea entre istacas consecutivas e multiplica-se

essa rea pelo valor mdio das istacas limtrofes.

Somam-se esses resultados parciais para obter-se

a vazo total;

b) definindo-se na seo uma srie de verticais emedindo-se as velocidades em vrios pontos

situados sobre essas verticais, para ento, com

auxlio do respectivo perfil de velocidade,

determinar a velocidade mdia na vertical.

A velocidade mdia da vertical, multiplicada

por uma rea de influncia igual ao produto

da profundidade na vertical pela soma da

semidistncias das verticais adjacentes, fornec

a vazo parcial (vazo na rea de influncia d

vertical analisada), cuja soma destas parcelas ser

a Vazo Total na seo.

O segundo mtodo o mais utilizado, pois permite

o clculo da vazo por um processo passo a passo, na

prpria caderneta de medio, eliminando o fato

subjetivo do traado das istacas. Entretanto, no primeiro

mtodo, os valores calculados so mais precisos, poi

leva em conta mais adequadamente a variao espacia

da velocidade nas duas dimenses da seo.

3.2 Mtodo convencional com molinetehidromtrico

A medio convencional utilizando o molinete hidrom

trico universalmente utilizada para a determinao d

vazo em cursos de gua naturais e artificiais (canais) e

consiste em determinar a rea da seo e a velocidade

mdia do fluxo que passa na seo.


distncia entre duas verticais l m ---

distncia da vertical ao PI d m ---

profundidade de um ponto da vertical pi

m ---

profundidade total numa vertical p m ---rea entre duas verticais a --- ---

Continuao


32/91


A determinao da rea da seo realizada a partir

da medio da abscissa, da profundidade do rio em

um nmero significativo de pontos ao longo da se-

o. Estes pontos definidos ao longo da seo deter-

minam as verticais que ligam a superfcie livre ao fun-

do do rio, e nessas mesmas verticais so realizadas as

medies de velocidade com o molinete hidromtrico

em certo nmero de pontos variando em funo d

profundidade.

A velocidade mdia na vertical determinada geralment

por meio de mtodos analticos.

A Tabela 3 apresenta as frmulas recomendadas em

funo do nmero de medies de velocidade e d

posio (p profundidade).

Tabela3 Frmulas para clculo da velocidade mdia na vertical.

n de pontos Posio na vertical (*) em relao

a profundidade (p)Clculo da velocidade mdia (Vm)

na vertical Profundidade (m)

1 0,6 p Vm = V 0,6

0,15 0,6

2 0,2 e 0,8 p Vm = (V 0,2

+ V0,8

)/2 0,6 1,2

3 0,2; 0,6 e 0,8 p Vm = (V 0,2

+ V0,6

+V0,8

)/4 1,2 2,0

4 0,2; 0,4; 0,6 e 0,8 p Vm = (V 0,2

+V0,4

+V0,6

+V0,8

)/6 2,0 4,0

6 S; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 p e F Vm = [Vs+2(V 0,2

+V0,4

+V0,6

+V0,8

)+Vf ]/10 > 4,0

*Observao: VS velocidade mdia na superfcie e VF velocidadeno fundo do rio.

Figura 20Grandezas necessrias para determinao da descarga lquida.

H COTALINIMTRICA

d = Distncia Horizontal = Largura

p = Distncia Vertical = Profundidade

LARGURA E PROFUNDIDADE SO OSTERMOS GEOMTRICOS DA VAZO

AS VELOCIDADES SOOS TERMOS HIDRULICOS DA VAZO

Vs= Velocidade Superfcie

Vi= Velocidade no Ponto i

Vf= Velocidade do Fundo

Pi

Pt V = Vel. mdia numa Vert.

= queem,

=

=

=

)(mmolhadaseodarea

(m/s)seonaguadamdiavelocidade

/s)(mlquidadescargaouvazo

2

3

A

V

Q

AVQ


33/91


O molinete ao ser adquirido deve vir acompanhado de

um certificado de calibragem contendo a equao a ser

utilizada no clculo das velocidades a partir do nmero

de rotaes por segundo. A relao bsica para o clculo

da velocidade a partir da contagem do nmero derotaes da hlice descrita a seguir:

=

=

=

=

hlicedarotaesdenmero

mediodadurao

molinete)dohlicedafuno-(constantehlicedainrcia

molinete)dohlicedafuno

-(constantehlicedapasso

N

t

b

a

+

= queem,b

t

NaV

As partes integrantes e o princpio de funcionamento do

molinete podem ser visualizados na Figura 21.

fluxo

dgua

1

1

2 2

2 2

2passo hlice corpo

Figura 21Partes do molinete (corpo e hlice) e o passo da hlice

A velocidade do fluxo da gua linearmente proporcional

ao nmero de rotaes da hlice (N), como pode serverificado na Figura 22.

V

N/t

b1

b0

a0

a1

=

==

mediodadurao

hlicedainrcia

hlicedapasso

queem

t

b

a

Figura 22Relao entre a velocidade da gua e as rotaes medidaspelo molinete.

Os passos tericos existentes so:

0,125 m --------- 8 rotaes por segundo se V = 1 m/

0,25 m ---------- 4 rotaes por segundo se V = 1 m/s

0,50 m ---------- 2 rotaes por segundo se V = 1 m/s

1,00 m --------- 1 rotao por segundo se V = 1 m/s

O passo real :

Sempre diferente do passo terico, por exemplo

0,2588 no lugar de 0,25 m;

Determinado em um canal de aferio assim como

a constante b;

Pode ser duplo ou triplo para uma mesma hlice, po

exemplo, 0,2488 para N/t menor ou igual a 1,10

0,2542 para N/t maior que 1,10.

Normalmente, os molinetes so comercializados com

vrias hlices, para diferentes faixas de velocidade.

interessante aferir frequentemente o molinete visand

detectar mudanas em suas caractersticas, a partir d

efeito do atrito do molinete.

Alm do molinete, o contador de rotaes um

equipamento indispensvel nas medies de vazo

Atualmente, usam - se dois tipos de contador:

a) contador acstico e cronmetro;b) contador digital de tempo pr-programado com

parada automtica.

O aparelho registra todas as rotaes do molinete

ajustado para emitir um impulso a cada revoluo. Es

ses impulsos acionam um contador (eletromecnicos ou

eletrnicos) acoplado a um cronmetro de contagem

regressiva. Ajusta-se o tempo desejado para a medi

(em geral 40 segundos), posiciona-se o molinete (pro

fundidade a ser medida a velocidade) e, ao apertar um

boto, o contador de impulsos e o cronmetro so acionados simultaneamente. Aps o tempo pr-programado

o cronmetro regressivo atinge o zero e o contador para

indicando o total de rotaes do molinete no perodo

As frequncias mximas de contagem terica e prtic

podem ser verificadas na Tabela 4.

Fonte:Jaccon,G.(

1984)


34/91


Tabela 4 Frequncias mximas de contagem tericas e prticas.

Tipo de contador Frequncia terica em impulsos por segundo Frequncia prtica em impulsos por segundo

Sonoro 1 0,5

Mecnico 10 5

Eletrnico 20 10

A seguir so apresentadas figuras com detalhes sobre a estrutura do Guincho, Molinete, Lastro Hidrodinmico, Contado

Digital e Ecobatmetro.

Figura 24Instalao do Ecobatmetro na Lateral do Barco, Contador Digital de Pulsos e Registrador de Dados

do Ecobatmetro.

Figura 23Estrutura do Guincho (Cabo de Ao e Medidor da Profundidade do Molinete) e do Molinete e Lastro(Formato Hidrodinmico)

Foto:Fabrcio/Ba

ncodeimagensANA


Foto:Fabrcio/Ba

ncodeimagensANA



35/91


3.3 Mtodos de clculo: seo mdia emeia seo

O processo numrico de clculo da medio convencional

de descarga lquida com uso de molinete pode ser calculado

em tempo real (caderneta de campo), permitindo uma

verificao dos resultados da medio in loco.

O processo numrico pode ser feito por meio de dois

mtodos: Seo Mdia e Meia Seo.

3.3.1 Seo mdia

No mtodo da Seo Mdia as vazes parciais so

calculadas para cada subseo entre verticais, a partir

da largura, da mdia das profundidades e da mdia das

velocidades entre as verticais envolvidas.d1

PI1

2 3 45

N. A.

a1 a2

v

a3

d2

Figura 25Clculo da seo mdia - Verificao das verticais e reas.

Procedimento para clculo da descarga lquida pelo

Mtodo da Seo Mdia (mdia das velocidades mdiasem verticais subseqentes):

Clculo das velocidades mdias nas verticais, em funo

do mtodo de medio utilizado (2 pontos, detalhada,

etc.), observando as frmulas indicadas na Tabela 3.

Clculo das Velocidades Mdias nos segmentos:

2 2

)( )2()1()1( vvv a += )( )3()2()2( vvv a +=

Clculo das reas dos segmentos:

[ ]2

)(*)( 12121 ppdda +=

[ ])(*)( 23232 ppdda +=2

Clculo das Vazes nos segmentos:

111 *avqaa

=222

*avqaa

=

Clculo da vazo total:

= iqQ

Clculo da rea Total:

= iaA

Clculo da Velocidade Mdia:

A

QV =

Clculo da Largura do rio:

1ddL

n=

Clculo da Profundidade Mdia do rio:

L

AP=

3.3.2 Meia seo

O mtodo da Meia Seo o mais utilizado pelos tcnicodas entidades operadoras da Rede Hidrometeorolgica

pois consiste no clculo das vazes parciais, por meio

da multiplicao da Velocidade Mdia na vertical pelo

produto da profundidade mdia na vertical e pela som

das semidistncias s verticais adjacentes (vazo parcia

determinada para cada regio de influncia de um

determinada vertical).

d1

PI v

1

2 3 45

a1

d2

a3

Figura 26Clculo da meia seo - Verificao das verticais e reas.


36/91

Procedimento para clculo da descarga lquida

pelo Mtodo da Meia Seo (mdia dos segmentos

subseqentes):

Clculo das velocidades mdias nas verticais, em

funo do mtodo de medio utilizado (2 pontos,detalhada, etc.), observando as frmulas indicadas

na Tabela 3.

Clculo das Larguras dos segmentos:

2

)( 122

dd+l

=

2 ;

)( 23 dd

2

)( 233

dd+l

=

2 ;

)( 34 dd etc.

2

)( 132 ddl = )( 243 ddl =

2; ;etc.

Clculo das reas dos segmentos:

222 *pla =

333 *pla =

Clculo das Vazes nos segmentos:

222 *avq

a =

333 *avq

a =

Clculo da vazo total:

= iqQ

Clculo da rea Total:

= iaA

Clculo da Velocidade Mdia:

A

QV =

Clculo da Largura do rio:

1ddL

n=

Clculo da Profundidade Mdia do rio:

L

AP=


37/91

4 CURVA DE

DESCARGALQUIDA (OU

CURVA-CHAVE)


38/91


Um curso dgua natural constitui-se, do ponto de vista

hidrulico, em um canal de seo transversal varivel,

pelo qual a gua escoa contnua ou intermitentemente.

Portanto, aplicam-se aos rios, as leis da hidrulica em

canais, considerando o escoamento no uniforme e nopermanente.

Para o escoamento no permanente em canais, a relao

entre o nvel de gua e a vazo nunca rigorosamente

unvoca. Entretanto, no caso de rios de leito bem definido,

com sees transversais constantes e declividade forte

(declividade do fundo do canal maior do que 1%o), o

afastamento dos pontos observados em relao curva

de descarga em regime permanente muito pequeno,

inferior mesmo preciso das medidas, o que permite

considerar, para efeitos prticos, como biunvoca a

relao entre o nvel de gua e a vazo.

Denomina-se controle a seo do rio que determina o nvel

dgua para cada vazo. No caso de rios naturais, constitu-

da em geral por um salto, corredeira ou estrangulamento

do rio, de modo que ocorra o escoamento em profundida-

de crtica. O controle nico quando, para qualquer situa-

o de vazo, a seo com escoamento crtico for sempre a

mesma, isso ocorre em geral quando o controle um salto

ou uma corredeira de desnvel grande (Figura 27).

Se o controle for uma corredeira menor, ocorr

frequentemente que, para vazes elevadas, esta fic

afogada por outro controle mais a jusante e, nesse caso

diz-se que o controle no nico (Figura 28).

No caso de estaes de controle varivel, a regio detransio entre os dois controles pode apresentar insta

bilidades, alm de propiciar grandes erros na extrapo

lao quando o trecho da curva, definido por medie

diretas se situar totalmente sob a influncia do prime

ro controle. Por essa razo, sempre vantajoso, quando

possvel, instalar as estaes fluviomtricas a montant

de grandes saltos, garantindo a unicidade de controle.

Deve-se frisar que nenhum processo de extrapolao pod

substituir a realizao de medies diretas para vazes altas

pois esse o nico meio capaz de eliminar, de maneirdefinitiva, as dvidas sobre o traado da curva de descarga

Quando deixam de existir as condies para que um

relao cota-descarga possa ser considerada unvoca

isto , a declividade da superfcie da gua pode varia

para um mesmo nvel de gua, os laos no plano H x Q

se tornam bem ntidos, e o erro resultante da considera

o da curva em regime permanente no mais pode se

aceito (Figura 29).

Figura 27Curva de descarga de controle nico

-5

0

5

10

15

20

25

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Qobs Qcalc.

Seo transversal do RIO

ITUI no local de medio

de vazo (17/02/1995)

Qcalc.= 13,20761*(H+0,464967)1,81563

Seo 17/02/1995

SERINGAL DO ITUI - 10800000

Q (m/s)

Cota(m)


39/91


6

8

10

12

14

16

18

0 100 200 300 400 500 600 700

Qobs Qc alc . S e o 29/8/2002

Seo transversal do RIO

BIA no local de medi o

de vazo (29/8/2002)

Qcalc.= 0,00009*(H+0,54504)6,02147

BARREIRA BRANCA (PCD-SIVAM) - 12230000

Q(m/s)

Cota(m)

Figura 28Curva de descarga com mudana de controle.

A variabilidade da declividade decorre de vrias causas,

tais como:

efeito da passagem de uma onda de cheia (regime

no permanente) em rios de pequena declividade e

controle de canal;

efeito de lagos ou reservatrios a jusante com

nveis variveis;

remanso de auentes a jusante ou da mar no local

da rgua.

Em geral, nesses casos, instalam-se duas rguas a

certa distncia, ambas referidas a uma mesma cota,

cuja leitura simultnea permite obter a declividade d

superfcie da gua.

Em ambas as situaes descritas, com curva d

descarga unvoca ou no, supe-se que a mesm

no se altere com o tempo. Quando, em funo de

eventuais alteraes produzidas no leito do rio, sej

por fenmenos naturais, seja pela ao do homem, relao cota-descarga se modifica no tempo, a curv

de descarga deve ser ajustada para cada perodo d

validade. As alteraes produzidas naturalmente so

em geral, consequncias de enchentes e da retirad

do material do leito do rio.

Figura 29Medies de descarga indicando curva de descarga em lao.

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

EIRUNEPE MONTANTE (PCD SIVA M) 12550000

h (m)

Qmed

Q

(m/s)


40/91


41/91

TCNICAS DEMEDIO DA

DESCARGALQUIDA EM

GRANDES RIOS

5


42/91


5.1 Mtodo do barco ancorado

A medio utilizando o Mtodo do Barco Ancorado

realizada de forma sucessiva, ou seja, a vrias distncias da

margem, dividindo a seo transversal em trechos, dentro

do alinhamento PI - PF(Ponto Inicial e Final) (Figura 30).

A velocidade na vertical pode ser determinada de

forma integrada (molinete medindo a velocidade de

forma contnua) e a partir de vrios pontos da seo

(molinete medindo a velocidade em cada profundidade

predeterminada velocidade mdia).

As distncias horizontais (margens) so determinadas

com teodolitos, a partir da margem ou com um sextante.

As profundidades so determinadas no prprio barco

durante a medio das velocidades nas verticais,podendo ser determinado pelo comprimento do cabo

de ao em que se encontra afixado o molinete e o lastro

hidrodinmico, alm disso, muito interessante o uso do

ecobatmetro que detalha a seo do rio.

Para aplicao desse mtodo, o nmero de verticais

recomendadas da ordem de 10 a 25, dependendo da

largura do rio, sendo que o fator principal de reparti-

o a geometria da seo transversal como pode ser

verificado na Figura 30.

PI L /1 5 L /3 0 P

1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Figura 30Seo de medio com o PI e PF e verticais de medio de

velocidades.

O nmero de pontos por vertical estabelecido em funo

do tipo de medio (Tabela 3). Na medio detalhada, so

medidos no mnimo seis pontos, igualmente distribudos

na vertical, sendo, necessariamente, um ponto prximo

superfcie livre e outro prximo ao fundo do rio; enquanto

no mtodo dos 3 pontos, as medidas so realizada

na vertical a 0,2; 0,6 e 0,8 da profundidade. Portanto

aps a ancoragem do barco na vertical, as velocidade

comeam a ser medidas nas profundidades pr-definidaem funo da profundidade total na vertical e do tipo d

medio (trs pontos, detalhada etc.).

A medio integrada feita com um equipamento

especial no guincho que permite regular a velocidade

de deslocamento do molinete tanto na descida (freio

quanto na subida. A velocidade vertical do molinet

deve ser constante e lenta em relao velocidade d

gua: de 5 a 20 cm/s para um tempo total de medi

necessariamente superior a 100 segundos.

A maior dificuldade durante uma medio com barcoancorado justamente durante as manobras par

ancorar o barco na vertical desejada, posicionamento d

barco, controle dos equipamentos para ancoragem etc

Essas dificuldades so maiores ainda nas verticais com

grandes profundidades e intensas correntezas.

Quando a ancoragem do barco realizada, o tempo tem

pouca importncia, haja vista a lenta variao da Cota L

mnimtrica nos grandes rios. Em consequncia, aconse

lha-se fazer uma medio detalhada na descida do lastro

e uma medio integrada na subida do lastro. A vazo

pode ser calculada por mtodo grfico, usando o planmetro para definio das reas entre as istacas ou pelo

mtodo aritmtico. A rea da seo determinada com

o auxlio do ecobatmetro.

Durante a aplicao deste mtodo, indispensvel anota

o ngulo de arraste do cabo de ao pela correnteza para

cada ponto de medio, procedimento necessrio par

correo dos valores de profundidade medidos. Aconselha

se, tambm, verificar a profundidade total na vertical ante

de puxar a ncora, podendo, dessa forma, comparar o

valores do contador do guincho e do ecobatmetro.A medio pelo Mtodo do Barco Ancorado (Figura 31

permite obter resultados com boa preciso (erro relativ

inferior a 10%), alm disso, pode ser verificado o regime

do rio na seo de medio, e, geralmente, localizar e

corrigir os erros acidentais.

Fonte:Jaccon,G.(

1984)


43/91


Foto


Foto


Foto


Figura 31Procedimentos para ancoramento do barco (operao do guincho, detalhes do suporte eda ncora).

O maior problema deste mtodo encontra-se na

dificuldade ou na impossibilidade de ancorar o barco

em rios muito profundos (profundidades > 30m) e no

risco de acidentes de coliso com materiais flutuantes

(vegetao, madeira etc.).Para o clculo da posio do barco durante a medio, necessria a triangulao da seo de medio em

cada vertical, sendo as coordenadas determinada partir dos ngulos medidos nos dois teodolitos. A fimde exemplificar o clculo da vazo pelo mtodo dobarco ancorado, sero apresentadas, a seguir as Figura32 e 33 e as Tabelas 5, 6, 7 e 8 utilizadas para obtenda vazo lquida, bem como a Figura 34 que apresento perfil transversal da seo obtida pelo Mtodo doBarco Ancorado.

= 79 49 10

= 360 - OBS2PF

Rio Solimes OBS 1 = ngulo medido pelo observador 1OBS 2 = ngulo medido pelo observador 2 = 279 54 38

PI

x

y

x

d y

OBS 2

b = 1131m

= OBS1-

OBS 1

distncia PI - PF = 3243,3 m

d

sen ()b

sen ()

sen ()

sen ()

x = d . cos(y)

y = d . sen(y)

d = b .=

Figura 32Clculo das variveis d, x, y com o barco a jusante da seo transversal PI-PF.


44/91


Tabela 5Valores medidos de profundidade total e ngulos dos teodolitos para vertical(mtodo do barco ancorado).

Vertical

Obs 2 Obs 1Profundidade Total

(alinhado com PI e PF) (no-alinhado com PI e PF)

grau min seg Decimal grau min seg Decimal (m)

PI - - - - - - - - 12,25

1 359 27 40 359,4611 287 30 40 287,5111 24,50

2 359 55 10 359,9194 292 18 50 292,3139 24,70

3 0 4 50 0,0806 304 27 30 304,4583 24,10

4 0 5 20 0,0889 317 34 10 317,5694 23,30

5 0 0 0 0,0000 327 0 0 327,0000 25,80

Vertical

Obs 2 Obs 1Profundidade Total

(alinhado com PI e PF) (no-alinhado com PI e PF)

grau min seg Decimal grau min seg Decimal (m)

15 0 0 40 0,0111 354 10 0 354,1667 28,30

16 359 58 50 359,9806 356 7 20 356,1222 19,70

17 0 1 40 0,0278 357 0 20 357,0056 16,5018 0 1 0 0,0167 358 4 20 358,0722 12,60

19 359 59 50 359,9972 358 40 0 358,6667 13,90

PF - - - - - - - - 3,10

Valor calculado Valor digitado Valor fixo

y

y x

b=1131m

x

d

Rio Solimes

= Obs 1 -

Obs 1

x = d . cos ()

y = d . sen ()

d

sen()

sen()

sen()_____ = _____ = d = b . ______b

sen()

Obs 2 = PI PF

Figura 33Clculo das variveis d, x, y com o barco a montante da seo transversal PI-PF.


45/91


Tabela 6 Clculo da distncia (d) do barco margem esquerda do rio (mtodo do barco ancorado).

Base (Const Obs 1) (Const Obs 2)

(m) dec dec

1.131,0 279,9106 79,8194

VerticalObs 1 Obs 2 = (Const Obs 1) = Obs2 corrigido Distncia

dec dec dec rad dec rad dec rad (m)

1 287,5111 359,4611 7,6006 0,1327 0,5389 0,0094 92,0411 1,6064 149,6878

2 292,3139 359,9194 12,4033 0,2165 0,0806 0,0014 87,6967 1,5306 243,1264

3 304,4583 0,0806 24,5478 0,4284 0,0806 0,0014 75,7133 1,3214 484,8716

4 317,5694 0,0889 37,6589 0,6573 0,0889 0,0016 62,6106 1,0928 778,2348

5 327,0000 0,0000 47,0894 0,8219 0,0000 0,0000 53,0911 0,9266 1.035,9842

6 332,6778 0,0000 52,7672 0,9210 0,0000 0,0000 47,7133 0,8275 1.223,0606

7 337,6778 359,9278 57,7672 1,0082 0,0722 0,0013 42,3411 0,7390 1.420,3985

8 340,9167 359,9806 61,0061 1,0648 0,0194 0,0003 39,1550 06834 1.556,7110

9 342,0750 0,0111 62,1644 1,0850 0,0111 0,0002 28,0272 0,6637 1.623,4991

10 345,0417 0,1000 65,1311 1,1368 0,1000 0,0017 25,1494 0,6135 1.782,3614

11 348,3389 0,0306 68,4283 1,1943 0,0306 0,0005 31,7828 0,5547 1.996,9287

12 349,7528 0,0167 69,8422 1,2190 0,0167 0,0003 30,3550 0,5298 2.100,9401

13 352,2111 359,9944 72,3006 1,2619 0,0056 0,0001 27,8744 0,4865 2.304,5593

14 352,7639 359,9222 72,8533 1,2715 0,0778 0,0014 27,2494 0,4756 2.360,3682

15 354,1667 0,0111 74,2561 1,2960 0,0111 0,0002 25,9356 0,4527 2.488,9559

16 356,1222 359,9806 76,2117 1,3301 0,0194 0,0003 23,9494 0,4180 2.705,9017

17 357,0056 0,0278 77,0950 1,3456 0,0278 0,0005 23,1133 0,4034 2.808,3801

18 358,0722 0,0167 78,1617 1,3642 0,0167 0,0003 22,0356 0,3846 2.950,4196

19 358,6667 359,9972 78,7561 1,3746 0,0028 0,0000 21,4217 0,3739 3.037,2510

20 359,5639 0,0556 79,6533 1,3902 0,0556 0,0010 20,5828 0,3592 3.164,7743


46/91


Tabela 7 -Clculo das Coordenadas (x e y) do Barco e Velocidade medida pelo Molinete para a Vertical,profundidade e velocidade integrada (mtodo do barco ancorado).

Rio: Solimes Cota(NA)incio(m) 24/08: 15,51 m Cota(NA)incio(m) 25/08: 15,44 m Cota (NA)media (m): 15,4m

Local: Maracapuru Cota (NA) final (m) 24/08: 15,46 m Cota (NA)final (m) 25/08: 15,4 m

Data: 24 e 25/08/09 Eq. Molinete Para (N/T)


47/91


Tabela 8 Clculo das velocidades mdias, largura (mtodo meia seo), rea, vazo em vertical e total(mtodo do barco ancorado).

Vertical

AbscissaProfundidade

totalProfundidadede medio Veloc.

Veloc.mdia Largura rea Vazo

Estimada Real

(m) (m) (m) (m) (m/s) (m/s) (m) (m2) (m3/s)

PI - 74,841 12,25 - -

0,464

70,5906 432,3674

200,4622

1,19459 516,5007

1 90 149,681 24,50

1 1,108

0,927117,3131 2.874,1698

2.665,1516

5 1,150

9 1,07313 0,971

17 0,888

21 0,721

24,10 0,412

Integrada 2,389 2,389 6.866,8947

20 3.190 3164,773 6,20

1 0,662

0,53199,1245 614,5718

326,12465 0,549

5,80 0,364

Integrada 0,452 0,452 277,8747

PF - 3200,136 3.10 - - 0,265

35,3636 54,8136 14,5435

0,226 12,3918

Total 3.243,3000 78.924,9283

Velocidade mdia Vazo total (m3/s) 87.889,164

rea total(m2) 78.924,928

Vmdia (m/s) 1,114

Velocidade integrada Vazo total (m3/s) 88.708,423

rea total(m2) 78.924,928

Vmdia (m/s) 1,124

Velocidade mdia na prof de 1m 1,2193

Kv (Vmdia-total/Vmdia-1m) 0,9133

Valor calculado Valor digitado Valor fixo


48/91


Figura 34Perfil transversal da seo obtida pelo Mtodo Barco Ancorado.

5.2 Mtodo dos grandes rios (mtodo barcono ancorado)

Adequado para rios de grande largura que possam

apresentar dificuldades para ancorar o barco ou

riscos operao.

A medio realizada por verticais sucessivas, sem

ancorar o barco para as tomadas de velocidades, sendo

a velocidade mdia de cada vertical obtida usando-

se dois pontos em cada vertical (20% e 80%) ou pelo

processo detalhado.

As tomadas de velocidades medidas pelo molinete

correspondem velocidade do rio em relao ao barco.

A velocidade do barco em relao terra calculada a

partir da distncia percorrida pelo mesmo durante a

tomada de velocidade. O posicionamento do barco

determinado com dois teodolitos no incio e no fim d

cada tomada de velocidade.

As verticais e seu posicionamento so determinado

previamente pelas distncias ao PI (d) e pelos ngulo

formados com a base dos teodolitos instalados no PI(

e Alvo 2 (). Com os ngulos predeterminados, os doi

observadores dos teodolitos, usando rdio, procuram

orientar o piloto da embarcao para que este posicion

o barco no alinhamento PI - PFe nas proximidades d

vertical escolhida, buscando manter o barco na mesm

posio durante as tomadas de velocidade.

Um contador eletrnico de pulsos permite a pr-seleode tempo (40 s), emitindo um sinal sonoro quando

faltam 10 segundos para a contagem final do tempo

fazendo com que, nesse perodo de alerta, os observa

dores fiquem atentos ao sinal ou topfinal para leitur

dos ngulos (Figura 37).

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000

Pro fund idade Tota l NA Abscissa (m) - ME do lado esquerdo e MD do lado direito

Profundidade(m

)

Perfil Transversal da Seo de Mediao de Descarga Lquida - Manacapuru - rio Solimes (AM)


49/91


Fonte:Jaccon,G.(

1984)

=

=

=

=

+==

=

=

=

medida pelo molinete

componente longitudinal da velocidade

velocidade medida pelo molinete

barcodo

componente longitudinal da velocidade

velocidade do barco

)(velocidade do rio

pontonovelocidadesdetomada

dafinalnobarcodocoordenadas,

pontonovelocidadesdetomada

daincionobarcodoscoordenada,

seo de medio,

Lm

m

Lb

b

LmLbii

FF

II

V

V

V

V

VVVV

YX

YX

PFPI

Y

x

YF

YI

PIxIxF

vi

VLb

VLm

Fluxo da corrente

Vb

vm

PF

Figura 35Parmetros para clculo da vazo pelo mtodo dos grandes rios.

Deve-se evitar qualquer mudana de direo o

acelerao do barco durante as tomadas de velocidade

fundamental que as leituras nos teodolitos pelo

observadores coincidam exatamente com o incio e

20091217144400 medicao de descarga liquida em grandes rios digital

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