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ESTUDO HIDROLÓGICOESTUDO HIDROLÓGICO 1º SEMESTRE - 20101º SEMESTRE - 2010
FT - UNICAMP - LIMEIRA2010
PROF. HIROSHI YOSHIZANEe_mail: [email protected] 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