5° semestre - Engenharia Civil

HIDROLOGIA – AULA 10

Profª. Priscila Pini

prof.priscila@feitep.edu.br

ESCOAMENTO SUPERFICIAL 1

Geração do Escoamento em uma bacia

Água da chuva que não infiltrou no solo atinge os rios:

→ Cheias ou enchentes

ESCOAMENTO SUPERFICIAL DIRETO

A vazão de um rio é mantida pelo esvaziamento lento daágua armazenada na bacia: ÁGUA SUBTERRÂNEA

1. Durante as chuvas intensas

Escoamento rápido que ocorre em consequência direta da chuva:

2. Nos períodos secos

ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO ou

ESCOAMENTO DE BASE

Escoamento durante estiagem:

Geração do Escoamento em uma bacia

Escoamento Superficial (Q): Q = i - f

1. Durante as chuvas intensas: 2 PROCESSOS DE FORMAÇÃO

Ocorre em: Bacias urbanas // Áreas com solo modificado pela ação do homem

→ Raramente visto em bacias naturais

1.1 Intensidade de precipitação (i) > capacidade de infiltração (f)

1.2 Em bacias naturais / rurais

Escoamento superficial originado pela precipitação que atingezonas de solo saturado

Solos saturados são normalmente encontrados próximos aoscorpos hídricos, onde o nível do lençol freático está próximo àsuperfície.

Geração do Escoamento em uma bacia

A parcela de chuva que se transforma em escoamento superficial

é chamada: CHUVA ou PRECIPITAÇÃO EFETIVA

Há vários métodos para estimar a chuva efetiva durante umevento de chuva

Um dos métodos mais simples e mais utilizados para estimar ovolume de escoamento superficial resultante de um evento dechuva.

Método Soil Conservation Service - SCS

Desenvolvido pelo National Resources Conservation Center dosEUA (antigo Soil Conservation Service – SCS).

Conhecido também como SCS-CN porque está baseado em umparâmetro CN (Curve Number).

Cálculo da chuva efetiva pelo método SCS

Método baseado em:

• Equação do balanço hídrico aplicado na superfície do solo

• Duas hipóteses relacionadas à capacidade de armazenamento

de água no solo.

P = Ia + F + Q

P: precipitação em um evento (mm)

Ia: perdas iniciais como acúmulo de águana superfície, interceptação (mm)

F: infiltração acumulada ao longo doevento (mm)

Q: chuva efetiva ou escoamentosuperficial (mm)

Equação do Balanço hídrico

Cálculo da chuva efetiva pelo método SCS

𝑸

𝑷 − 𝑰𝒂=𝑭

𝑺Q: chuva efetiva ou escoamentosuperficial (mm)

P: precipitação em um evento (mm)

Ia: perdas iniciais como acúmulo de águana superfície, interceptação (mm)

F: infiltração acumulada ao longo doevento (mm)

S: máxima infiltração acumuladapotencial (mm)

1ª hipótese

2ª hipótese

𝑰𝒂 = 𝟎, 𝟐 ∙ 𝑺

Perdas iniciais correspondem a 20% da máxima infiltração

acumulada potencial (S)

Cálculo da chuva efetiva pelo método SCS

𝑸 =(𝑷 − 𝑰𝒂)𝟐

(𝑷 − 𝑰𝒂 + 𝑺)

Q: chuva efetiva ou escoamento superficial (mm)

P: precipitação em um evento (mm)

Ia: perdas iniciais (acúmulo de água na superfície, interceptação) (mm)

F: infiltração acumulada ao longo do evento (mm)

S: máxima infiltração acumulada potencial (mm)

CN: parâmetro adimensional cujo valor varia entre 0 e 100

A combinação dessas três equações dá origem a:

Equações válidas quando P > Ia

𝑸 =(𝑷 − 𝟎, 𝟐 ∙ 𝑺)𝟐

(𝑷 + 𝟎, 𝟖 ∙ 𝑺)ou

Quando P ≤ Ia , Q = 0

𝑺 =𝟐𝟓𝟒𝟎𝟎

𝑪𝑵− 𝟐𝟓𝟒

𝑰𝒂 = 𝟎, 𝟐 ∙ 𝑺

Cálculo da chuva efetiva pelo método SCS

CN é um parâmetro adimensional cujo valor varia entre 0 e 100:

• CN = 0: solo com capacidade de infiltração infinita

• CN = 100: solo completamente impermeável

O método SCS-CN depende apenas do valor de CN, que é

dado em tabelas desenvolvidas a partir de experimentos em

bacias pequenas nos EUA e varia de acordo com o tipo de

ocupação (agrícola, pastagem, urbana, etc).

São considerados 4 tipos de solo, em ordem crescente de

potencial de geração de escoamento superficial: A, B, C e D.

Tabela 1: Os quatro tipos de solos considerados no método SCS-CN

Tipo SCS Características Textura

A

Solos com baixo potencial de geração deescoamento superficial: solos arenosos, ousiltosos, profundos e de alta capacidade deinfiltração

Arenosa; Areia Franca; Franco Arenosa

BSolos com pouco teor de argila, menosprofundos ou com mais argila do que os solosdo tipo A e de média capacidade de infiltração

Franco Siltosa; Franca

C

Solos com mais teor de argila do que os solosdo tipo B, com uma camada maisimpermeável abaixo da superfície ou poucoprofundos

Franco ArgiloArenosa

D

Solos com alto potencial de geração deescoamento superficial: solos argilosos, solosrasos sobre rochas impermeáveis, solos comlençol freático próximo à superfície, solos comcapacidade de infiltração muito baixa

Franco Argilosa; Franco ArgiloArenosa; ArgiloArenosa; ArgiloSiltosa; Argilosa

O que é o solo franco?É um tipo de solo que contém uma combinação desejável de

areia, silte e argila, sendo o mais adequado para o cultivo

das plantas mais diversificados, com uma textura equilibrada e as

melhores características físicas e químicas. Sua cor é quase

preto, tem uma grande quantidade de matéria orgânica e não

apresentam muitas dificuldades para trabalhar.

É abundante nos vales dos rios

Embora possa variar um pouco, a composição deste solo é em

geral: 45% de areia, 40% de silte e 15% de argila

Tabela 2: Valores de CN para diferentes condições de cobertura em bacias

RURAIS

Uso do solo Superfície A B C D

Solo lavradoCom sulcos retilíneos 77 86 91 94

Em fileiras retas 70 80 87 90

Plantações regulares

Em curvas de nível 67 77 83 87

Terraceado em nível 64 76 84 88

Em fileiras retas 64 76 84 88

Plantações de cereais

Em curvas de nível 62 74 82 85

Terraceado em nível 60 71 79 82

Em fileiras retas 62 75 83 87

Plantações de legumes

ou cultivados

Em curvas de nível 60 72 81 84

Terraceado em nível 57 70 78 89

Pobres 68 79 86 89

Normais 49 69 79 94

boas 39 61 74 80

Tabela 2: Continuação (CN para Bacias RURAIS)

Uso do solo Superfície A B C D

Pastagens

Pobres, em curvas de nível 47 67 81 88

Normais, em curvas de nível 25 59 75 83

Boas, em curvas de nível 6 35 70 79

Normais 30 58 71 78

Campos permanentes

Esparsos, de baixa transpiração 45 66 77 83

Normais 36 60 73 79

Densas, de alta transpiração 25 55 70 77

Chácaras Normais 56 75 86 91

Estradas não pavimentadas

Mal conservadas 72 82 87 89

De superfície dura 74 84 90 92

Florestas

Muito esparsas, baixa transpiração 56 75 86 91

Esparsas 46 68 78 84

Densas, alta transpiração 26 52 62 69

Normais 36 60 70 76

Tabela 3: Valores de CN para diferentes condições de cobertura em bacias

URBANAS

Utilização ou cobertura do solo A B C D

Zonas cultivadas: sem conservação do solocom conservação do solo

7262

8171

8878

9181

Pastagens ou terrenos em más condições 68 79 86 89

Baldios em boas condições 39 61 74 80

Prado em boas condições 30 58 71 78

Bosques ou zonas florestais: cobertura ruimcobertura boa

4525

6655

7770

8377

Espaços abertos, relvados, parques, campos de golfe, cemitérios

boas condições: com relva em mais de 75% da áreaCom relva de 50 a 70% da área

3949

6169

7479

8084

Zonas comerciais e de escritórios 89 92 94 95

Zonas industriais 81 88 91 93

Tabela 3: Valores de CN para diferentes condições de cobertura em bacias

URBANAS (Continuação)

Utilização ou cobertura do solo A B C D

Zonas residenciais lotes de (m²) % média impermeável

< 500 65 77 85 90 92

1000 38 61 75 83 87

1300 30 57 72 81 86

2000 25 54 70 80 85

4000 20 51 68 79 84

Parques de estacionamentos, telhados, viadutos, etc. 98 98 98 98

Arruamentos e estradas asfaltadas e com drenagem de águas pluviais

98 98 98 98

Paralelepípedos 76 85 89 91

Terra 72 82 87 89

Exercício SCS

Olhando nas tabelas para Florestas normais: CN = 60

1. Qual é a chuva efetiva durante um evento de chuva de

precipitação total P = 70 mm numa bacia com solos do tipo

B e cobertura de florestas?

R = A chuva de 70 mm provoca um escoamento superficial direto

de 6,3 mm

2. Qual é a chuva efetiva durante o evento de chuva de

precipitação total P = 80 mm em uma bacia onde 30% da

área é urbanizada (zonas comerciais) e 70% é rural

(campos permanentes) e o solo é extremamente argiloso e

raso? Solo tipo D

Zonas comerciais: CN = 95

Campos permanentes normais: CN = 79

R = 41,9 mm

Exercício SCS (chuva intensidade variável)

3. Qual é a chuva efetiva durante o evento de chuva dado

na tabela abaixo numa bacia com solos com média

capacidade de infiltração (tipo C) e cobertura de pastagens

normais em curvas de nível?

Olhando nas tabelas para Pastagens normais em curvas de nível:

CN = 75

Tempo (min) Precipitação (mm)

10 5

20 6

30 14

40 11

3. Qual é a chuva efetiva durante o evento de chuva dado

na tabela abaixo numa bacia com solos com média

capacidade de infiltração (tipo C) e cobertura de pastagens

normais em curvas de nível?

CN = 75

S = 84,7

Ia = 16,9

Tempo (min)

Precipitação (mm)

Precipitação acumulada (mm)

Chuva efetiva (mm)

Chuva efetiva incremental (mm)

10 5 5 0 0

20 6 11 0 0

30 14 25 0,7 0,7

40 11 36 3,5 2,8

Exercício SCS (chuva intensidade variável)