Download - Analise_ESD_2015
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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
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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.
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Resposta de uma Bacia Hidrogrfica
3
Hietograma
Bacia
Hidrogrfica
Hidrograma
Sada da
Bacia
Hidrogrfica
Tempo
(h)
Va
zo
(m3/s
)
Fonte: Musy,2001
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O Escoamento Superficial no Ciclo Hidrolgico
4
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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
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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
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Caractersticas do Escoamento Bsico
4. Quando h recarga a vazo bsica sobe lentamente para depois decair novamente
quando a recarga cessa.
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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
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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
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Escoamento Bsico
Escoamento Superficial Direto
pico
CG da chuva
Tempo de pico
tempo de base ou durao do ESD
Trechos do Hidrograma
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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.
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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)
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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.
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Hidrograma de escoamento Superficial Direto e Chuva Excedente
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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
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Sntese do Hidrograma
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a
b
c
+
Hidrograma de
Escoamento Bsico
Hidrograma de
Escoamento Superficial
Direto
Hidrograma
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Anlise do Hidrograma
Significado: separao do
hidrograma de
Escoamento
Superficial Direto do
hidrograma total
Importncia: Estudo de cheias,
Determinao do
hidrograma de cheias
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Anlise do Hidrograma
Como fazer:
determinam-se
os pontos a e c
a
c
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Anlise do Hidrograma
Ponto a
Incio do ESD
Inflexo abrupta
Ponto c
Fim do ESD
Determinao visual
difcil
c?
a
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Anlise do Hidrograma
Utiliza-se a equao da curva de decaimento do Escoamento Bsico baseada no modelo de Reservatrio Linear:
Kt
o eQQ/
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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
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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
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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
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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...
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Q b
a c
Vesd
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ndice
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Vesd
Htotal
H2
H1 F mm/h
..DA
VH ESDexc
21 HHHexc
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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:
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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
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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
-
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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
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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
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Exerccio
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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
)
-
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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
)
Escoamento Superficial Direto
Escoamento Bsico
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1 = .11 + 12
2+
12 + 132
+ +25 + 26
2
1 = .112
+ 12 + 13+ +262
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
)
Exerccio
A1
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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
)
2 = 26 11. .11 + 26
2
A2
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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
)
3 = 1 2
=3
F
F obtido por tentativas at que a soma de Hi seja a igual a
Hexc
3
H i
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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
)
= 0
1 0