analise_esd_2015

PHA 2307

Hidrologia Aplicada

Universidade de So Paulo

Escola Politcnica

Departamento de Engenharia Hidrulica e

Ambiental

Aula 19

Escoamento Superficial Direto Anlise do Hidrograma

Prof. Dr. Arisvaldo V. Mllo Jr.

Prof. Dr. Joaquin Garcia

Prof. Dr. Marco Palermo

Departamento de Engenharia Hidrulica e Ambiental - PHA

Objetivos da Aula

1. Conhecer os conceitos de escoamento superficial direto, hipodrmico e bsico.

2. Aprender a fazer a separao de um hidrograma, utilizando o conceito do

reservatrio linear

3. Aprender o conceito e como fazer uma aplicao do ndice de infiltrao F.


Resposta de uma Bacia Hidrogrfica

3

Hietograma

Bacia

Hidrogrfica

Hidrograma

Sada da

Bacia

Hidrogrfica

Tempo

(h)

Va

zo

(m3/s

)

Fonte: Musy,2001


O Escoamento Superficial no Ciclo Hidrolgico

4


As origens do Escoamento Superficial podem ser:

Escoamento Superficial Direto

Escoamento Sub-superficial (ou hipodrmico)

Escoamento Bsico

Origens do Escoamento Superficial

Todo o escoamento que aparece no curso dgua chamado de Escoamento Superficial


Caractersticas do Escoamento Bsico

1. Oriundo do armazenamento abaixo

do lenol fretico

2. Escoamento laminar (lento e uniforme)

3. Decai lentamente ao longo do tempo quando

no h recarga


Caractersticas do Escoamento Bsico

4. Quando h recarga a vazo bsica sobe lentamente para depois decair novamente

quando a recarga cessa.


Caractersticas do Escoamento Superficial Direto

1. Oriundo da superfcie da bacia

2. Escoamento turbulento da chuva excedente

3. A vazo cresce rapidamente conforme a intensidade da

chuva e as caractersticas da

bacia


Trechos do Hidrograma

1. Ascenso: com grande gradiente e correlacionada com a intensidade da precipitao

2. Regio do pico: o hidrograma muda de inflexo, resultado do fim da chuva e amortecimento na bacia

3. Recesso: cessa o escoamento superficial direto, aps o ponto de inflexo apenas contribui o escoamento bsico


Escoamento Bsico


pico

CG da chuva

Tempo de pico

tempo de base ou durao do ESD

Trechos do Hidrograma


Caractersticas do Hidrograma

Tempo de Concentrao: tempo de deslocamento da gua do ponto mais distante da bacia at a seo principal (tempo em

que toda a rea da bacia estar contribuindo com o

escoamento). Definido tambm como o intervalo entre o fim da

precipitao e o ponto de inflexo do hidrograma

Tempo de retardamento: intervalo de tempo entre os centros de massa do hietograma e do hidrograma

Tempo de pico: intervalo de tempo entre o centro de massa da chuva e a vazo de pico

Tempo de ascenso : Intervalo entre o incio da chuva e o pico do hidrograma

Tempo de base: durao do escoamento superficial direto

Tempo de recesso: intervalo entre a vazo de pico e o trmino do escoamento superficial direto.


Fatores que Influenciam na Forma do Hidrograma

Relevo: densidade de drenagem, declividade do rio e da bacia, capacidade de armazenamento e forma

bacias ngremes e com boa drenagem tm

hidrogramas ngremes com pouco escoamento de

base

bacias com grandes reas de extravasamento tendem

a regularizar o escoamento e reduzir o pico

bacias mais circulares tm picos mais cedo e maiores

do que bacias alongadas.

Uso do solo: cobertura vegetal tende a retardar o escoamento e aumentar as perdas por evaporao

Tipo de solo: interfere na quantidade de chuva transformada em chuva efetiva (infiltrao)


Fatores que Influenciam na Forma do Hidrograma

Modificaes artificiais no rio: reservatrios de regularizao reduzem os picos, enquanto

canalizaes podem aumentar os picos

Distribuio, durao e intensidade da precipitao: chuvas deslocando-se de jusante para montante

geram hidrogramas com picos menores

(eventualmente dois picos)

As chuvas convectivas de grande intensidade e

distribudas numa pequena rea podem provocar

as grandes enchentes em pequenas bacias

Para bacias grandes, as chuvas frontais so mais

importantes.


Hidrograma de escoamento Superficial Direto e Chuva Excedente

14

Chuva Excedente

Volume de escoamento superficial direto = rea da Bacia x Altura de chuva excedente

Volume de escoamento superficial direto = rea sob o Hidrograma de escoamento superficial direto

a

b

c

Q

t


Sntese do Hidrograma

15

a

b

c

+

Hidrograma de

Escoamento Bsico

Hidrograma de

Escoamento Superficial

Direto

Hidrograma


Anlise do Hidrograma

Significado: separao do

hidrograma de

Escoamento

Superficial Direto do

hidrograma total

Importncia: Estudo de cheias,

Determinao do

hidrograma de cheias



Como fazer:

determinam-se

os pontos a e c

a

c

Departamento de Engenharia Hidrulica e Ambiental - PHA 18


Ponto a

Incio do ESD

Inflexo abrupta

Ponto c

Fim do ESD

Determinao visual

difcil

c?

a



Utiliza-se a equao da curva de decaimento do Escoamento Bsico baseada no modelo de Reservatrio Linear:

Kt

o eQQ/


Deduo da Expresso do Reservatrio Linear

Aplicando-se a equao da continuidade ao reservatrio que representa o escoamento

bsico, admitindo-se que no haja mais

precipitao ( I = 0)

Aplicando-se a hiptese de reservatrio linear:

Q*KS

dt

dS=Q-0


Deduo da Expresso do Reservatrio Linear

Pode-se substituir na expresso anterior e integrar entre dois instantes situados direita do

ponto C.

=

1

0=

1

0

0=

1

0 = 0

1 0


Procedimento Grfico para Separao do Hidrograma

22

ln Q

a

tk

QQ o1

)ln()ln(

Q

a c VESD

b Kt

o eQQ/

Reta no papel

mono-log

Coeficiente

angular da reta c


Formas de Separao

1 mtodo: basta ligar os pontos a (incio da ascenso do hidrograma) e c (final do ESD) por uma

reta

Existem outros...

23

Q b

a c

Vesd


ndice

24

Vesd

Htotal

H2

H1 F mm/h

..DA

VH ESDexc

21 HHHexc

Departamento de Engenharia Hidrulica e Ambiental - PHA 25

ndice F

f: taxa de infiltrao (mm/hora) fc: taxa de infiltrao em condio de saturao (mm/hora)

fo: taxa de infiltrao inicial (mm/hora) t: tempo (horas) k: constante, depende do solo (hora-1)

A taxa de infiltrao ou ndice F uma aproximao do mtodo de Horton, quando f aproxima-se de fc.

uma taxa de infiltrao (f) suposta constante ao longo do tempo.

Lembrando da equao de Horton para a taxa de infiltrao:


ndice F

Pode ser determinado quando se dispe de registros simultneos de chuva e vazo

LESD Lmina do escoamento Superficial direto (mm) M no de intervalos de chuva que contribui para o escoamento Pm Altura de chuva observada no intervalo de tempo m (mm) - ndice Fi (mm/h) t intervalo de tempo (h)

Alt

ura

de

ch

uva

(m

m)

tempo (h)

Pm

t

F

tPparatPL mM

m

mESD

.,

1


Determine a precipitao efetiva do evento de chuva dado, para LESD = 20mm

Tempo (h)

Altura

(mm)

1 5,0

2 15,0

3 12,0

4 3,0

5 10,0

6 5,0

Total = 50mm

Lmina escoada = 20mm

Lmina infiltrada = 50 20 = 30mm

Supor ndice > 5,0 e 10mm/h

20 = (15 - x 1) + (12 - x 1) + (10 - x 1) = 5,67 mm/h

Exemplo de aplicao do ndice F

0

2

4

6

8

10

12

14

16

1 2 3 4 5 6

Alt

ura

de c

hu

va -

mm

tempo - h


Exerccio

Rib. Taboo - Haras Mondesir (rea = 77 Km)

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35

t (h)

Q (

m/

s)

0

10

20

30

40

50

60

P (

mm

)

Com os dados de chuva e vazes fornecidos, determine: 1. o incio e o final do escoamento superficial direto. 2. o volume e a altura correspondente do escoamento superficial direto. 3. a altura correspondente a infiltrao. 4. o coeficiente de depleo do escoamento bsico (K)

)*(1

0

0

*)()(tt

KetQtQ


Exerccio

T Prec Q Qbas Qesd

(h) (mm) (m3/s) (m3/s) (m3/s)

0 0 1.2

1 0 1.8

2 0 2.2

3 0 2.8

4 0 3.6

5 0 3.8

6 0 4

7 0 4

8 0 4

9 2 4

10 4.4 4.22

11 17.2 4.67

12 9 9

13 3 25

14 1.6 37.2

15 0.6 45.8

16 0.6 53.1

17 0.6 46

T (h) P (mm) Q (m/s) Qbas (m/s)

Qesd (m/s)

18 0,6 37,4

19 0,6 26

20 0,6 19,2

21 0 16,8

22 0 14,8

23 0 12,8

24 0 11,8

25 0 10,8

26 0 9,8

27 0 9

28 0 8,2

29 0 7,8

30 0 7,2

31 0 6,8

32 0 6,4

33 0 6


Exerccio


Exerccio


0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35

t (h)

Q (

m/

s)

0

10

20

30

40

50

60

P (

mm

)


Exerccio


0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35

t (h)

Q (

m/

s)

0

10

20

30

40

50

60

P (

mm

)


Escoamento Bsico


1 = .11 + 12

2+

12 + 132

+ +25 + 26

2

1 = .112

+ 12 + 13+ +262


0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35

t (h)

Q (

m/

s)

0

10

20

30

40

50

60

P (

mm

)

Exerccio

A1


Exerccio


0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35

t (h)

Q (

m/

s)

0

10

20

30

40

50

60

P (

mm

)

2 = 26 11. .11 + 26

2

A2


Exerccio


0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35

t (h)

Q (

m/

s)

0

10

20

30

40

50

60

P (

mm

)

3 = 1 2

=3

F

F obtido por tentativas at que a soma de Hi seja a igual a

Hexc

3

H i


Exerccio


0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20 25 30 35

t (h)

Q (

m/

s)

0

10

20

30

40

50

60

P (

mm

)

= 0

1 0

analise_esd_2015

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