ESTUDO HIDROLÓGICOESTUDO HIDROLÓGICO 1º SEMESTRE - 20101º SEMESTRE - 2010

FT - UNICAMP - LIMEIRA2010

PROF. HIROSHI YOSHIZANEe_mail: hiroshiy@ft.unicamp.brST 306

TRABALHO : ESTUDO HIDROLÓGICO

PASSO A PASSO

ESTUDO HIDROLÓGICO

- APÓS DETERMINADOS SOBRE CARTAS CARTOGRÁFICAS OU TOPOGRÁFICAS SEJAM GRÁFICAMENTE OU MECÂNICAMENTE OU COM APLICAÇÃO DE PROGRAMAS COMPUTACIONAIS COMO: ( CAD; SPRING;ARCGIS OU CAD LAND E OUTROS ) :

DEVE-SE PARTIR PARA A DETERMINAÇÃO DE:

1- Área da Bacia hidrográfica ¨A ¨;

2- Coeficiente de compacidade ¨ Kc ¨

3- Coeficiente de forma ¨ Kf ¨;

4- Densidade de drenagem ¨Dd¨;

ESTUDO HIDROLÓGICO

- O que está faltando ?

Pelo método racional:

MÉTODO RACIONAL

Q = C . i .A . D

Com :

  Q = vazão

C = coeficiente de deflúvio “ Run–Off ”

i = intensidade da chuva

A = área da bacia

D = coeficiente de distribuição da chuva

D=1 ( pressupõe chuvas de igual intensidade em toda a bacia hidrográfica )

EQUAÇÃO BÁSICA ¨tc ¨

 

tc = tempo de concentração em minutos ( min. ). L = Extensão do curso d´água em ( km ). I = Declividade do curso d´água em metro ( m )

por mil metros (º/00). 

:)(57 385,02

ondeI

Ltc

:)(57 385,02

ondeI

Ltc

ESTUDO HIDROLÓGICO

O ¨tc¨ pode ser determinado gráficamente

MAS !

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO ATRAVÉS DO ÁBACO

L=110 1,00

C=30

Tc=27,5

ESTUDO HIDROLÓGICO

E DEPOIS ?

Determina-se a intensidade pluviométrica, através da equação da chuva !

mas cuidado !mas cuidado !

Procure a equação regional mais próxima do local do projeto !

ESTUDO HIDROLÓGICO

Vamos trabalhar com a equação de chuva Limeira e região !

0056,0087,1

1726,0

)25(

56,77xTtc

Txi

Dr Dirceu Brasil Vieira

com : i mm/minuto (intensidade) T anos (período de retorno) tc minutos (tempo de concentração)

Cuidado com as unidades !

ESTUDO HIDROLÓGICO

E DEPOIS ?

Define-se o coeficiente de escoamento superficial, ¨ run-off¨ !

mas muito cuidado !mas muito cuidado !

Faça uma investigação minuciosa, no local, com ajuda também de outros recursos como foto-interpretação, estudo do solo, e diagnósticos da sazonalidade (uso do solo) !

MÉTODO RACIONAL

¨ É para determinação de vazões de projetos em bacias com área de até 50 hectares – 500.000,00 m² ou 0,50 km² ¨.

¨ Vale também para aplicação em cálculos de vazão em áreas residenciais, industriais e loteamentos ¨ .

¨ Trata-se de uma forma mais simples e rápida para determinação de vazões por sua simplicidade e os parâmetros aplicativos ¨.

¨ Este método, considera chuva de igual intensidade abrangendo por toda a bacia hidrográfica ¨.

 

Fórmula : Q = C . Fórmula : Q = C . i .A . Di .A . D onde onde : :

    QQ = = vazãovazão

CC = = coeficiente de deflúvio “ coeficiente de deflúvio “ Run–OffRun–Off ””

ii = = intensidade da chuvaintensidade da chuva

AA = = área da baciaárea da bacia

DD = = coeficiente de distribuição da chuvacoeficiente de distribuição da chuva

D=1 ( pressupõe chuvas de igual intensidade em toda a bacia hidrográfica )

MÉTODO RACIONAL

- O método racional pressupõe - O método racional pressupõe hipóteses:hipóteses:

  a)a) - - Distribuição uniforme da chuva em na bacia hidrográfica, Distribuição uniforme da chuva em na bacia hidrográfica, isto é: isto é: ( ( D=1D=1 )) ¨̈chuva uniforme em toda a bacia hidrográficachuva uniforme em toda a bacia hidrográfica¨,¨, o que o que pode levar a erros muito significantes se aplicarmos em pode levar a erros muito significantes se aplicarmos em bacia com áreas extensas.bacia com áreas extensas.

Por isso é que a área é limitada no máximo em 50 hectares;Por isso é que a área é limitada no máximo em 50 hectares;

b) - b) - O tempo de concentraçãoO tempo de concentração tctc, igual a duração da chuva;, igual a duração da chuva;

c) - O coeficiente de ¨c) - O coeficiente de ¨runoffrunoff¨ constante para a bacia toda.¨ constante para a bacia toda.

MÉTODO RACIONAL

a) Período de retorno T em anos onde: 5 > T > 10 anos, para projetos de galerias de águas pluviais “ GAP ”.

T=25 anos, para macro drenagem urbana como canais, pontes e bueiros.

 L = extensão do curso d´água em km.H = Desnível entre a cabeceira do rio até o local da obra “ponto” em metros ( m ).

MÉTODO RACIONAL

:)(57 385,03

ondeH

Ltc

b) Duração da chuva ( t ) :

Equivale ao tempo de contração ( tc ) da bacia e para avaliar, no caso de macro drenagem utiliza-se a fórmula de “ Kirpch ”.

- com tc em minutos

EQUAÇÃO BÁSICA 1 ¨ tc ¨

:)(57 385,03

ondeH

Ltc

L = extensão do curso d´água em km.

H = Desnível entre a cabeceira do rio até o local da obra “ponto” em metros ( m ).

Obs.: SEGUIR SEMPRE AS UNIDADES

EQUAÇÃO BÁSICA 2 ¨tc ¨

Ou calcula-se por: 

tc = tempo de concentração em minutos ( min. ). L = Extensão do curso d´água em ( km ). I = Declividade do curso d´água em metro ( m ) por mil metros ( % ). 

:)(57 385,02

ondeI

Ltc

:)(57 385,02

ondeI

Ltc

MÉTODO RACIONAL - Exemplo

Dados:  C = 0,5 ( coeficiente de run-off ou de escoamento superficial – deve ser

verificado no local ou por foto interpretação ) tc = ( tempo de concentração ) h = 15,08 mm ( altura da precipitação ) A = 0,073 km2 ( área da bacia ) L = 1420 m I=64m = 0,045 m/m

Q = C . i .A . D ( equação básica )

Q = vazão C = coeficiente de deflúvio “ run-off ”

i = intensidade da chuva A = área da bacia

D= 1 ( coeficiente de distribuição espacial da precipitação )

Resultado: Q = _____ m3/min

MÉTODO RACIONALDados:  C = 0,5 (coef. de runoff) terreno barro argilo-arenoso tc = 20,08 minutos (tempo de concentr.) h = 15,08 mm (altura da precipitação) i = tc = 44,94mm porque o método

preceitua que a intensidade da chuva é o mesmo do tempo de concentração. Se choveu 15,08mm em 20,08 minutos, a projeção é de 44,94mm em uma hora.

A = 0,073 km2 (área da bacia)

Q = C . i .A . D (EQUAÇAO BÁSICA) Q = vazão (m³/s) C = coeficiente de deflúvio “ Run–Off ” i = intensidade da chuva (mm/h) A = área da bacia (km²) D = 1 

Resultado: Q = 0,94 m3/min

Terra cultivada:Declividade 0 a 5%Declividade 5 a 10%Declividade 10 a 30%0,300,400,500,500,600,700,600,700,80 Tabela I (Drenagem na Agricultura)

Terreno barro arenoso

Terreno barro argilo-arenoso

Terreno argiloso

F I M !

Não se Não se esqueçam !esqueçam !

EXISTEM EXISTEM OUTROS OUTROS

MÉTODOSMÉTODOS

Método racional !Método racional !

ESTUDO HIDROLÓGICO

MÉTODO I – PAI – WUMÉTODO I – PAI – WU

PARA BACIA COM ÁREA ATÉPARA BACIA COM ÁREA ATÉ200 km²200 km²

( É UM MÉTODO APLICATIVO RECOMENDADO PELO DAEE )( É UM MÉTODO APLICATIVO RECOMENDADO PELO DAEE )

Departamento de Águas e Energia Elétrica- Departamento de Águas e Energia Elétrica- DAEEDAEE

É o órgão gestor dos recursos hídricos do Estado de São Paulo. É o órgão gestor dos recursos hídricos do Estado de São Paulo.

www.daee.sp.gov.br/ www.daee.sp.gov.br/

COEFICIENTE DE FORMA ¨ C1 ¨

Cálculo do coeficiente de forma “ CC1 1 ” TpTp C1 = C1 = tptp onde:

tp = tempo de pico “ ascensão volumétrica ” tc = tempo de concentração

  ou obtem-se C1 pela fórmula sintética:

4 C1 = ( 2 Kf ) onde:

Kf = fator de forma

PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C ¨

C = f . C2 / C1 onde:  f = 2 . V1 / v

“ f ”, relaciona o volume escoado da parte ascendente do hidro- grama “V1”, admitindo, com forma triangular e o volume total do escoamento superficial “VT”, conforme este gráfico :

tempo

vazã

o

Volume ascendenteC2 = VT / Ie A , onde: VT = Volume Total.

V1 = Volume do trecho ascendente.

Ie = chuva efetiva

PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C2 ¨

Grau

de impermeabilidade

Tipo do solo e cobertura

Uso do solo

BAIXO

- Vegetação rala / esparsa - Solo seco arenoso - Terreno cultivado

Áreas verdes não urbanizadas

MÉDIO

- Terreno superficial poroso - Solos com pouca vegetação - Gramados com declividade média a baixa

- Zona residencial com lotes amplos acima de 1000 m². - Zona residencial com ocupação esparsa

ALTO

- Áreas pavimentadas - Solos argilosos - Terrenos rochosos estéreis e ondulados - Vegetação quase inexistente

- Zona residencial com lotes pequenos de 100 a 1000 m²

C2 = VT / Ie A , onde: 

Ie = É a quantidade de chuva efetiva que passa pela seção estudada, (exutório) descontada as perdas durante a ocorrência da chuva, e considerando-se como perdas na chuva, as infiltrações no solo, interceptações pela cobertura vegetal e o armazenamentos da água superficial em pontos dentro da bacia como depressões, diferencial negativo no sentido jusante ao escoamento (variações topográficas).

  Assim, para aplicar este método, de início determina-se a chuva crítica, que é a chuva de projeto.

A parcela dessa chuva de projeto que se infiltra no solo, depende do grau de impermeabilização, assim, consideram-se:

- o uso e ocupação do solo,

- grau de urbanização,

- cobertura vegetal,

- tipo de solo,

conforme tabela sequente. 

PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C2¨

O coeficiente “C2” é determinado pela ponderação dos

coeficientes das áreas parciais ou sub-bacias, e que são

classificados pelo grau de impermeabilidade conforme

tabela abaixo.

PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C ¨

Valores do coeficientes volumétrico “C2” de escoamento Grau de impermeabilidade superficial

Coeficiente volumétrico de escoamento

Baixo 0,30 Médio 0,50 Alto 0,80

PARÂMETRO ¨ f ¨ - ( I-Pai-Wu) ¨ C ¨

A desigualdade da distribuição das chuvas na bacia deve serconsiderada aplicando-se de um coeficiente redutor “ K ”, de distribuição de chuvas.

A determinação da intensidade da chuva se faz similarmenteda do método racional com base nas “ equações de chuva ”apresentadas nos slides anteriores”.

VAZÃO DE CHEIA

Determinação da vazão de cheia “ QQ ”.

Q = 0,278 . c . i . Q = 0,278 . c . i . AA0,90,9 . K . KOnde:

C = coeficiente de escoamento, determinado no item 11 i = intensidade de chuva, determinado no item 8 A = área da bacia hidrográfica, determinada pela planta

cartográfica K = coeficiente de distribuição espacial, determinado no item 10 através do ábaco

ÁBACO PARA DETERMINAR ¨K

Entrar em x com a área em km²Obter em y o valor de k%

Fonte manual do DAEE

Vej

a e

m z

oom

30min

1 hora

3 hs

6 hs

24 hs

Entrar em x com a área em km²Obtenha em y o valor de k%

Fonte manual do DAEE

ÁBACO PARA DETERMINAR ¨K

COEFICIENTE DE DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL

Cálculo do coeficiente de distribuição espacial da chuva.

Deve-se lançar no ábaco em abscissa a área da bacia hidrográfica em função do tctc em horas, rebatendo em ordenada o valor de K%.K%.

ADOTA-SE O VALOR 0,99ADOTA-SE O VALOR 0,99

( devido à área da bacia ser pequena )( devido à área da bacia ser pequena )

VAZÃO MÁXIMA DE PROJETO

Cálculo da vazão máxima de projeto “Q pQ p”.

Q p = Q b + QQ p = Q b + QOnde:

QQ = vazão de cheia, determinado no item 13

Q bQ b = vazão de base majorativa 

Q b = Q . 0,10Q b = Q . 0,10

   

FORMULAS Tc

NA SEQUÊNCIA

OUTRAS FÓRMULAS BÁSICAS

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO

-       FÓRMULAS EMPÍRICAS

Tc (min) = 4,54 A(km²) ( para regiões planas )

Ventura

A (km²)

Tc(min) = 4,54 ( para regiões com declives )

I (m/km)

Ventura

-       FÓRMULAS EMPÍRICAS

Tc (min) = 345,6 A(km²) . I (m/km) ( para regiões planas )

Passini

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO

:)(57 385,03

ondeH

Ltc

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO

tc = tempo de concentração em minutos.L = extensão do curso d´água em Km.H = Desnível entre a cabeceira do rio até o local da obra “ponto de projeto ou exutório” em metros.

Kirpch

TEMPO DE CONCENTRAÇÃO

tc = tempo de concentração em minutos.L = extensão do curso d´água em km.

H = Declividade do curso d´água em metro por mil metros (º/00)

:)(57 385,02

ondeI

Ltc