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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ

DISCIPLINA DE HIDROLOGIA – PROF. NAGALLI 1

NOTAS DE AULA

HIDROLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

PROF. ANDRÉ NAGALLI

UTFPR / 2011



APRESENTAÇÃO DISCIPLINA: Hidrologia PROFESSOR: ANDRÉ NAGALLI FORMAÇÃO: Engenheiro Civil

Mestre em Eng. de Recursos Hídricos e Ambiental Doutor em Geologia

CONTATO: [email protected] REFLEXÃO: Qual o recurso limitante ao desenvolvimento da humanidade? HIDROLOGIA Hidros (Água) + Logos (Estudo, Ciência) DEFINIÇÃO: Ciência da Água. Estudo da água na natureza, mais especificamente do ciclo hidrológico. O QUE A HIDROLOGIA NÃO ESTUDA A FUNDO: Águas oceânicas (oceanografia), Química da Água, etc. EXEMPLOS DE ESPECIFICIDADES: Hidrometria, Hidrografia, Engenharia Hidrológica, Engenharia de Recursos Hídricos, Hidrologia Aplicada (aplicações em Eng. Hidráulica, Sanitária, Agrícola, etc.)



APLICAÇÕES: Projetos de Obras Hidráulicas – Bueiros, Canais, Desvios,

Barragens, etc. Atenuação de Enchentes Abastecimento e Tratamento de Àgua Irrigação Planejamento – Gerenciamento de Bacias, Inventário

Energético Drenagens Poluição / Qualidade da Água Navegação Geração de Energia Piscicultura Recreação

IMPORTÂNCIA DA ÁGUA: Constituinte de organismos vivos e imprescindível à

realização da fotossíntese; Solvente universal, em especial de nutrientes do solo; Armazena energia (potencial) que permite a geração de

energia; Pode ser utilizada em torres de resfriamento como meio de

transporte e dissipação de energia térmica; Meio de transporte, armazenamento e depuração de poluentes; Regulador de energia do planeta, através da evaporação

(viabilizada a vida);



CICLO HIDROLÓGICO

FONTE: www.engeo.com.br. Volumes em km³ x 103 “O Sol é o motor do ciclo hidrológico.” CONCEITOS



RECURSO HÍDRICO - Dotado de valor econômico. Água ≠ Recurso Hídrico BACIA HIDROGRÁFICA - Área de drenagem superficial delimitada por divisores de água. Função da topografia local. [km²] DIVISORES DE ÁGUA - Linha teórica que delimita a direção do escoamento da água. LINHA DE DRENAGEM - Caminho pelo qual a água escoa superficialmente (ação gravitacional). ISOLINHAS - Projeção plana de superfícies tridimensionais através de de linhas de igual distribuição, concentração, cotas, etc. Por exemplo: Curvas de nível, Curvas de Isoconcentração de Mercúrio, Isoietas, etc. COTAS - Altura vertical. Diferente de altitude. MONTANTE E JUSANTE - Conceito relativo, não subjetivo!! Montante é o que vem antes de alguma coisa e Jusante é o que vem depois de alguma coisa. CABECEIRA E FOZ - Extremos montante e jusante, respectivamente, de um rio. PRECIPITAÇÃO (P) - Água proveniente do vapor de água da atmosfera, depositada na superfície terrestre como: chuva, granizo, neblina, neve. EVAPORAÇÃO (E) - Quando há retorno da água para a atmosfera a partir de uma superfície livre (mares, lagos, rios, solo). TRANSPIRAÇÃO (T) - Quando há retorno da água para a atmosfera a partir do solo / folhas das plantas.



EVAPOTRANSPIRAÇÃO (ET ou EVT) - Evaporação + Transpiração VAZÃO (Q) - Volume / tempo. [m³/s] VAZÃO ESPECÍFICA (q) - Vazão / Área. [m³ / (s . km²) ; L / s / km²)] EXUTÓRIA DA BACIA - Local de “saída” da bacia hidrográfica. Por vezes coincide com a foz do rio. PERÍODO DE RETORNO OU DE RECORRÊNCIA (T) - Tempo médio, em anos, que um determinado evento pode ser igualado ou superado ao menos uma vez. FREQUÊNCIA (F) - Número de ocorrências por tempo. É o inverso do Período de Retorno. ESTIAGEM OU PERÍODO DE ESTIAGEM - Número de dias sem chuva. SATURAÇÃO - Quantidade máxima de água que o meio pode conter. PONTO DE ORVALHO - Ponto a partir do qual qualquer incremento de umidade implica em precipitação, ou seja, o meio atinge a saturação. É o ponto em que o vapor d’água presente no ar está prestes a condensar.



DISPONIBILIDADE HÍDRICA:

Fonte Volume (km³) (%)

Oceanos 1.348.000.000 97,39 Gelo polar, geleiras, icebergs 227.000.000 2,01

Água subterrânea, umidade do solo 8.062.000 0,58

Lagos e rios 225.000 0,02 Atmosfera 13.000 0,001 Soma 1.384.120.000 100,00

Fonte Água Potável (%) Capa de gelo polar, icebergs, geleiras

77,23

Água subterrânea (até 800m de prof.)

9,86

Água subterrânea (800 a 4000m) 12,35 Umidade do solo 0,17 Lagos (água potável) 0,35 Rios 0,003 Minerais hidratados 0,001 Plantas, animais, seres humanos 0,003 Atmosfera 0,04

RECURSO HÍDRICO

• O QUE É RECURSO HÍDRICO? • HÁ DIFERENÇA ENTRE ÁGUA E RECURSO HÍDRICO? SE

EXISTE, QUAL? • Dotado de valor econômico.

• Água ≠ Recurso Hídrico

BACIA HIDROGRÁFICA

• É a área definida topograficamente, delimitada pelos divisores de águas, drenada por um curso d’água ou por um sistema conectado de cursos d’água, tal que toda vazão efluente seja descarregada por uma simples saída”.



Por definição, a bacia hidrográfica é necessariamente contornada por um divisor de água.

DIVISOR DE ÁGUA: É a linha de separação que divide as precipitações que caem em bacias vizinhas e que encaminha o escoamento superficial resultante para um ou outro sistema fluvial. O divisor segue uma linha rígida em torno da bacia, atravessando o curso d’água somente no ponto de saída, unindo os pontos de máxima cota entre bacias, o que não impede que no interior de uma bacia existam picos isolados com cota superior a qualquer ponto do divisor. LINHA DE DRENAGEM: Caminho pelo qual a água escoa superficialmente (ação gravitacional).



CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA BACIA HIDROGRÁFICA

• Considera-se características físicas ou fisiográficas todas aquelas que podem ser extraídas de mapas, fotografias e imagens de satélites.

• Basicamente são áreas, comprimentos, declividades e coberturas do solo medidos diretamente ou expressos por índices (Silveira, 1993).

ÁREA DE DRENAGEM

• A área de drenagem de uma bacia hidrográfica, expressa em km2 ou hectares, é a projeção horizontal (área plana) da área inclusa entre os divisores topográficos da bacia.

• A área de drenagem de uma bacia é o elemento básico para o cálculo de outras características físicas, sendo fundamental para a definição de sua potencialidade hídrica.

• Normalmente esta área era determinada por planimetria em mapas com escalas razoavelmente grandes (1:50.000), num trabalho que consumia muito tempo e estava sujeito a variações e erros.

• Com advento dos sistemas de informações geográficas (SIG) o trabalho de determinação da área de drenagem passou a ser mais eficiente, rápido e menos sujeito a erros.

CLASSIFICAÇÃO DAS BACIAS HIDROGRÁFICAS COM RELAÇÃO À SUA ÁREA

• Por convenção: – BACIA HIDROGRÁFICA à toda área drenada pelo rio

principal, que deságua no mar ou em um grande lago, e de sub-bacias às áreas de drenagem de seus afluentes.

– MICRO-BACIA HIDROGRÁFICA é definida como a “área de formação natural, drenada por um curso d’água e seus afluentes, a montante de uma seção transversal



considerada, para onde converge toda a água da área”. Em termos gerais, a micro-bacia é uma sub-bacia hidrográfica de área reduzida, não havendo consenso de qual seria a área máxima (máximo varia entre 10 a 20.000 ha).

PERÍMETRO DA BACIA

• O perímetro da bacia consiste no comprimento total da projeção ortogonal do divisor de águas.



REGIÕES HIDROGRÁFICAS BRASILEIRAS

CLASSIFICAÇÃO DOS CURSOS D’ÁGUA • Em relação à constância do escoamento

– Perenes – Intermitentes – Efêmeros

Perenes: São os cursos nos quais a água escoa durante todo o tempo, isto porque o lençol d’água subterrâneo mantém uma alimentação contínua e nunca se rebaixa para baixo da cota do



leito do curso d’água, mesmo durante as secas mais severas. Este é o caso dos grandes rios. Intermitentes: São os cursos d’água que apresentam escoamento durante as estações de chuvas, mas que secam nas de estiagem. Durante as estações chuvosas, estes cursos transportam todos os tipos de deflúvios (superficial, sub-superficial e subterrâneo), pois o lençol d’água subterrânea conserva-se acima do leito fluvial e alimentando o curso d’água. Tal fato não ocorre na época de estiagem, quando o lençol freático se encontra em um nível inferior ao do leito, fazendo com que cesse o escoamento. Efêmeros: São aqueles que existem apenas durante ou imediatamente após a ocorrência de precipitação e só transportam água proveniente do escoamento superficial. A superfície freática encontra-se sempre a nível inferior ao do leito fluvial, não havendo, portanto a possibilidade de escoamento do deflúvio subterrâneo. Em geral os rios efêmeros são muito pequenos.



TRAÇADO BACIAS HIDROGRÁFICAS





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925

925

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950

950

975975

950

925



BALANÇO HÍDRICO

DEFINIÇÃO: Balanço de Massa da Água no espaço. UNIDADE DE MEDIDA: Para efeitos de cálculo, as unidades de precipitação, evaporação, vazão, etc. são medidas / convertidas para [mm / ano] ou, de forma simplificada, para [mm]. EXEMPLO: Uma evaporação de 1200 mm - Durante o ano, para cada km² de superfície desta região, 1,2 x 106 m³ de água foram devolvidos à atmosfera sob a forma de vapor. ESTADOS FÍSICOS: SÓLIDO - gelo LÍQUIDO - água GASOSA – vapor d’água

P – precipitação QIN, QOUT – vazões superficiais de entrada e saída Qg – escoamento subterrâneo no rio

Q in

Q g

P

ET T

Q out

I

S g

S sE g



Es, Eg – evaporações superficial e subterrânea Ts, Tg – transpirações superficial e subterrânea I – infiltração Ss – variação do volume armazenado na

superfície GIN, GOUT – vazões subterrâneas de entrada e saída

EQUAÇÃO DO BALANÇO HÍDRICO DE SUPERFÍCIE: P + QIN – QOUT + Qg – Es – Ts – I = Ss (eq. 1) EQUAÇÃO DO BALANÇO HÍDRICO SUBTERRÂNEO: I + GIN - GOUT - Qg – Eg – Tg = Sg (eq. 2) EQUAÇÃO SIMPLIFICADA BALANÇO HÍDRICO (eq. 1 + eq. 2)

P = Q + ET + S Exemplo: Uma bacia hidrográfica de 25km² de área recebe uma precipitação de 1200mm. Considerando que as perdas médias anuais valem 800 mm, determinar a vazão média de longo período da exutória da bacia.

P = Q + ET + S S = 0 (não há armazenamento) Q = P – ET Q = 1200 – 800 = 400 mm Q = 400 x 10-³ x 25 x 106 / (365 x 24 x 60 x 60) = 0,317 m³ / s [m] [m²] [s / ano]



Exercícios Propostos: 1) Uma bacia hidrográfica de 14km² de área recebe uma precipitação de 1300mm. Considerando que as perdas médias anuais por evapotranspiração valem 500 mm e há um superávit hídrico com armazenamento de 200 mm, determinar a vazão específica média de longo período da exutória da bacia. 2) Em uma bacia hidrográfica, a precipitação média anual é de 1500 mm e as perdas por evapotranspiração valem 1000mm. Qual a vazão específica na exutória da bacia em L / s / km². 3) Qual será a nova vazão específica no caso do Exercício Proposto 2, se for implantado um reservatório que inunde 15% da área total sujeito à taxa de evaporação da ordem de 1200mm. 4) Uma bacia hidrográfica de 2.000.000m² apresentou de 05/07/2000 a 05/06/2001 precipitações e evapotranspirações médias mensais de acordo com a tabela abaixo. Supondo que não há armazenamento nesta bacia hidrográfica (situação teórica), calcule a vazão específica na exutória da bacia após a implantação de um reservatório, com área de 20% da bacia e taxa de evaporação média mensal igual a 100 mm / km². Considere que, ao implantar o reservatório a taxa de evapotranspiração da área não alagada implique numa redução de 30 % da evapotranspiração prévia mensal.

PERÍODO PRECIPITAÇÃO (MM)

EVT (MM)

jul/00 1200 400 ago/00 1300 400 set/00 1100 300 out/00 1400 200



nov/00 950 350 dez/00 1000 300 jan/01 1200 300 fev/01 1500 300 mar/01 1600 350 abr/01 1850 200 mai/01 1450 200 jun/01 1050 300

PRECIPITAÇÃO DEFINIÇÃO: Entende-se por precipitação a água proveniente do vapor d’água da atmosfera, depositada na superfície terrestre, como: chuva, granizo, neblina, neve. “Para o hidrólogo, a atmosfera é um vasto reservatório, constituindo-se num sistema de transporte e distribuição de vapor d’água.” UNIDADE DE MEDIDA: Para efeitos de cálculo e medição, a unidade utilizada para a precipitação é [mm / ano] ou, de forma simplificada, [mm]. No Brasil, as precipitações variam localmente de 300 mm em regiões áridas do Nordeste a 8000 mm na região Amazônica. FORMAÇÃO DAS PRECIPITAÇÕES: Função da Meteorologia Íntima relação com a quantidade de vapor na atmosfera



Umidade Relativa – taxa percentual de vapor d’água num instante em relação à quantidade requerida para saturar o ar à mesma pressão e temperatura.

A medição da umidade do ar pode ser feita por meio de psicrômetro de funda (associação de termômetros de bulbo seco e úmido) ou por higrômetro (dilatação de materiais higroscópicos).

As precipitações se formam pelo resfriamento adiabático pela redução de pressão através da ascensão das massas de ar.

TIPOS DE PRECIPITAÇÕES:

A) CHUVAS CONVECTIVAS: Predomina o movimento vertical das massas de ar; Apresentam grande intensidade e curta duração; P.ex.: chuva de verão

B) FRONTAIS OU CICLÔNICAS: Acontecem predominantemente em grandes bacias

hidrográficas; Predomina o movimento horizontal das massas de ar; Ocorrem quando há o choque entre massas de ar quente e fria; Apresentam baixa umidade, longa duração e grande extensão

(massas de ar quente se deslocando contra ar frio); Apresentam grande intensidade, médias duração e extensão

(massas de ar frio se deslocando contra ar mais quente);

C) OROGRÁFICAS: Características de zonas montanhosas Apresentam baixa intensidade, extensão média e longa

duração;



P.ex.: garoa da Serra do Mar FORMAS DE PRECIPITAÇÃO: Chuva – umidade que cai em direção a Terra no estado

líquido. Neve – formada pela cristalização (sublimação) do vapor

d’água à temperatura inferior a 0 ºC. Granizo – pelotas arredondadas e duras de gelo ou neve. Orvalho – condensação da umidade sobre superfícies sólidas. Geada – Não é orvalho congelado. Para geada, ponto de

orvalho do ar abaixo de 0 ºC. Passagem direta do estado gasoso para o sólido, pela formação de cristais de gelo.

GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS: Altura Pluviométrica (P): Volume de água / Área. Medidas

realizadas nos pluviômetros e expressas em milímetros. o Significado: lâmina d’água que se formaria sobre o solo

como resultado de uma certa chuva, caso não houvesse escoamento, infiltração ou evaporação da água precipitada.

Intensidade da Precipitação: é a relação entre a altura pluviométrica e a duração da precipitação expressa em (mm/h) ou (mm/min). o Uma chuva de 1 mm/min corresponde, portanto, a uma

vazão equivalente de 1 L/min afluindo a uma área de 1 m².

Duração: período de tempo contado desde o início até o fim da precipitação, expresso geralmente em horas ou minutos.



INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO:

A) PLUVIÔMETRO Cilindro receptor de água com medidas padronizadas (funil).

B) PLUVIÓGRAFO Semelhante ao pluviômetro, só que dispõe de dispositivo de

registro das medições. Dão origem aos pluviogramas precipitação acumulada x

tempo).

GRÁFICOS CARACTERÍSTICOS:

A) PLUVIOGRAMA – gráfico de precipitação acumulada (ordenadas) x tempo (abcissas)

B) IETOGRAMA – diagrama de barras (gráfico) de

precipitações x períodos de tempo ANÁLISE DE CONSISTÊNCIA DE PRECIPITAÇÕES:

A) TIPOS DE ERROS a. ERROS DE TRANSCRIÇÃO – erros humanos (lapso

cerebral)



b. ERROS DE OBSERVAÇÃO – Teoria de Gauss i. Grosseiros – domingos, feriados

ii. Sistemáticos – falta de regulagem do pluviógrafo iii. Fortuitos – evaporação da água dentro da proveta.

B) DETECÇÃO DE ERROS

Estações Vizinhas Visitas à Estação Pluviométrica Histórico Detecção de erros grosseiros – 29/02, 0,36mm Detecção de erros sistemáticos – curva duplo acumulativa

e estações vizinhas (homogeneidade meteorológica). CURVA DUPLO ACUMULATIVA Problema: Data A B X 1950 1500 1480 1500 1951 1600 1520 1500 1952 1450 1600 300 1953 1550 1540 1460 1954 1600 1490 1530 1955 1580 1560 1540

Solução: Data A acum B acum X acum Média 1950 1500 1480 1500 1493 1950 + 51 3100 3000 3000 3033 1950 + 51 + 52 4550 4600 3300 4150 1950 - 1953 6100 6140 4760 5667 1950 - 1954 7700 7630 6290 7207 1950 - 1955 9280 9190 7830 8767



Pa = Pr x Mr / Ma Pa – precipitação corrigida Pr – precipitação medida Mr – coefic. angular da reta antes da deflexão Ma – coefic. angular da reta após a deflexão

PREENCHIMENTO DE FALHAS :

A) POUCOS VALORES

P 1

P 4

P 3P 2

Curva Duplo Acumulativa

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

1493 3033 4537 5667 7207 8767

Média Simples A, B, X

A, B

, X a

cum A acum

B acum

X acum



Px = 1 / n x ( Mx / M1 x P1 + Mx / M2 x P2 + Mx / M3 x P3 + ... ) Onde, n = número de estações usadas no preenchimento Pi = precipitação na estação i. Mi = média das precipitações na estação i

B) SÉRIES EXTENSAS CORRELAÇÃO SIMPLES: Px = . Pa CORRELAÇÃO MÚTIPLA: Px = . Pa + . Pb + .Pc + ...

Exercício proposto: Dada uma série de dados hidrológicos de precipitação, calcule a precipitação em 1981 no posto C:

Ano A B C D 1980 1600 1200 1400 1800 1981 1500 1300 ? 1200 1982 1700 1500 1300 1900 1983 1700 1200 1200 1700 1984 1500 1600 1100 1600 1985 1300 1800 1600 1500

Solução:

Ano A B C D Média 1980 1600 1200 1400 1800 1500 1981 1500 1300 ? 1200 1333 1982 1700 1500 1300 1900 1600 1983 1700 1200 1200 1700 1450 1984 1600 1700 1400 1600 1575 1985 1300 1800 1600 1500 1550 Média 1567 1450 1380 1617

Pc = 1/3 x (1380/1567x1500 + 1380/1450x1300 + 1380/1617x1200) Resposta: Pc = 1194 mm



ANÁLISE DE FREQÜÊNCIA DE PRECIPITAÇÕES PROBLEMA: Determinar a magnitude das precipitações que poderiam ocorrer, com certa probabilidade (estimada a partir da freqüência relativa). SOLUÇÃO: Análise de freqüência ou de eventos extremos. PROJETOS COM ATENÇÃO VOLTADA AOS EXTREMOS MÁXIMOS: Dimensionamento de vertedouros de barragens Dimensionamento de canais Obras de desvios de rios (ensecadeiras) Galerias de Águas Pluviais Bueiros Pontes

PROJETOS COM ATENÇÃO VOLTADA AOS EXTREMOS MÍNIMOS: Irrigação Abastecimento de água (doméstico, industrial, etc.)

ESTUDO DE FREQÜÊNCIAS (eventos máximos) Regras:

1) Ordenam-se as precipitações em ordem decrescente 2) Atribui-se a cada uma o seu número de ordem m. 3) Calcula-se a freqüência relativa (F) 4) Calcula-se o período de retorno (T) 5) Utilizando a distribuição normal de Gauss, encontram-se os

valores de z e P (probabilidade), ajustando os dados a uma distância teórica de probabilidade. Por vezes são utilizadas outros tipos de distribuições estatísticas com o mesmo intuito.





EXEMPLO:

Ano X (mm) X ord (mm) m F T z P

1949 1234 2165 1 0,0625 16,00 2,7856 0,997329 1950 1470 1730 2 0,125 8,00 1,1849 0,881973 1951 1190 1683 3 0,1875 5,33 1,0120 0,84422 1952 1386 1630 4 0,25 4,00 0,8169 0,793014 1953 1267 1470 5 0,3125 3,20 0,2281 0,590235 1954 1730 1462 6 0,375 2,67 0,1987 0,578756 1955 1462 1432 7 0,4375 2,29 0,0883 0,535187 1956 1197 1408 8 0,5 2,00 0,0000 0,5 1957 2165 1386 9 0,5625 1,78 -0,0810 0,467738 1958 1432 1267 10 0,625 1,60 -0,5189 0,30193 1959 1205 1234 11 0,6875 1,45 -0,6403 0,260992 1960 1630 1205 12 0,75 1,33 -0,7470 0,22753 1961 1683 1197 13 0,8125 1,23 -0,7764 0,218743 1962 1167 1190 14 0,875 1,14 -0,8022 0,211218 1963 1408 1167 15 0,9375 1,07 -0,8868 0,187583

Desvio Padrão (S) = 272 Xmed (valor correspondente à freq. média) = 1408 n = número de amostras F = m / n + 1 T = 1/F Z = (X – Xmed) / S S = raiz ( (X – Xmed)² / n)



CHUVA MÉDIA NA BACIA

A) MÉDIA ARITMÉTICA Somente para anteprojetos Não utilizar quando há influência significativa do

relevo ou em terrenos muito planos ou onde os postos pluviométricos não estejam bem distribuídos

Pmed = ( P1 + P2 + P3 ) / 3

B) MÉTODO DAS ISOIETAS

Isoietas: linhas que unem pontos de igual precipitação.

Pmed = (Pi + Pi+1) / 2 x Ai / A

700mm800mm

900mm

1000mm

1200mm

1100mm

1100mm

P2 = 1115mm

P3 = 862mm

P4 = 845mm

P1 = 1112mm



C) MÉTODO DE THIESSEN

A precipitação média é obtida pela média ponderada

entre áreas de influência de cada estação pluviométrica. Pode-se utilizar estações pluviométricas localizadas fora

da bacia hidrográfica. Aplicação do método:

1. triângulo elementar mais eqüilátero possível 2. perpendicular pelos centros dos lados (medianas)

estendendo-se até os limites da bacia hidrográfica 3. Unem-se os baricentros

Pmed = Pi Ai / A



P1

P4

P3P2

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X

P2P3

P4

P1



ANÁLISE DE CHUVAS INTENSAS - Empírica - Estatística – Gumbel ou Extremostipo I EMPÍRICAS - Relação entre a intensidade da chuva (i) em [mm], duração (t) em [min] e período de retorno (T) em [anos].

T = 10 anos

T = 5 anos

T = 2 anos

i[mm/h]

tempo

“As chuvas são tanto mais raras quanto mais intensas”. (T = 1/F) i = a T m (t + b)n

Equações Curitiba: i = 59050 T0,217 / (t + 26)1,15

Rio de Janeiro: i = 1239 T0,15 / (t + 20)0,74



ESCOAMENTO SUPERFICIAL QSUPERFICIAL (Qs) P QDIRETO QSUBSUPERFICIAL(Qss) I QBASE QSUBTERRÂNEA(Qsub) ESTAÇÕES HIDROMÉTRICAS DEFINIÇÃO: Qualquer seção de um rio, convenientemente instalada e operada para obtenção sistemática das vazões ao longo do tempo. INSTALAÇÃO: Medição de nível das águas (linímetros, linígrafos) Medição de vazão (botes, cabos aéreos, pontes) Estruturas artificiais de controle

CUIDADOS COM IMPLANTAÇÃO: Localização em trecho retilíneo do rio (desejável),

estável e de fácil acesso. Seção transversal tanto quanto possível simétrica e com

taludes acentuados Velocidades regularmente distribuídas Velocidade média na seção superior a 0,3 m/s Localização fora da influência de obras existentes Observar características hidráulicas:



o natureza do leito: rochoso (existência de corredeiras ou saltos), móvel (existência de meandros, declividades baixas, extravasamentos freqüentes.

o Vegetação: recobrimento das margens e das várzeas (fator de instabilidade de curva de descarga – possíveis variações sazonais que modificam a resistência que a vegetação pode oferecer ao escoamento).

o Variação do nível d’água: vazões altas podem acarretar em variações bruscas da seção transversal.

o Influência das obras hidráulicas: barragens e afluentes a jusante (remansos)

CONTROLES HIDRÁULICOS - Combinação das características físicas co rio na seção de medição e, em especial, a jusante dela, tais como: natureza, configuração e recobrimento vegetal. TIPOS DE CONTROLES HIDRÁULICOS - Naturais:

- vertedouro: o nível das águas a montante é função apenas das características do vertedouro, sem afogamento pelas águas de jusante. (curva de descarga - Q = C B h3/2)

- resistência de canal: a variação do nível é função da

resistência do contorno do escoamento (atrito). Q = c A √Rh i



CURVA-CHAVE OU CURVA DE DESCARGA DEFINIÇÃO: - Gráfico cota (h) x vazão (Q) TIPOS: - Instáveis: devido a condições de controle instáveis as curvas variam ao longo do tempo de maneira difícil de prever. P. ex. rios de leito móvel. - Estáveis:

- em rios de morfologia constante, a declividade da linha d’água é aproximadamente a mesma linha na enchente / vazante.

- controle propiciado por saltos e corredeiras - o traçado da curva deve contemplar todas as medições de vazão, com um mínimo de 10 pontos. - a curva resultante não deverá afastar-se mais do que 5% dos pontos medidos. - aspecto parábola do 2º grau, de eixo horizontal - Q = A + B . h + C . h², onde A, B e C são constantes locais - Obtenção da equação: método dos mínimos quadrados (Excel), método das diferenças finitas, traçado em papel bilogarítmico.

MEDIDAS DE VAZÃO Exemplos de Métodos:

1. direta (volume de controle)



2. medindo-se o nível d’água (linímetro, calha parshall) 3. processos químicos (corantes) 4. área e velocidades (molinete, ADCP)

vazão - Q = ∑ Vi Ai elementos de área – Ai = bi x hi

MEDIÇÃO COM MOLINETE: - Permite a medida da velocidade mediante tempo necessário para uma hélice dar um certo número de rotações. - Através de um sistema elétrico, o molinete envia um sinal luminoso ou sonoro ao operador em cada 5, 10 ou 20 voltas realizadas. Marca-se o tempo decorrido entre alguns toques de forma a se ter o número de rotações (n) por segundo. - Curva do molinete: V = an + b, onde a e b são constantes do aparelho (fornecido pelo fabricante). Tipos de medição:

1. Ponto único Vm = V0,6 2. Dois pontos Vm = (V0,2 + V0,8) / 2

3. Pontos múltiplos Vm = área do diagrama /

profundidade



Exemplo: O quadro abaixo reproduz os dados de campo de uma medição de vazão executada nem um posto pluviométrico. Represente graficamente a variação da área do escoamento com a cota do nível de água (seção transversal do rio). Calcule a vazão e a velocidade média na seção. Dados: Equação do molinete – v = 0,32 N + 0,0023, onde N = 10 toques / tempo.

Vert.

Distância da margem esquerda

Prof. N

º Tom

ada

Posição 0,8h Toq

Tempo

Posição 0,2h Toq

Tempo (s) V1 V2

Veloc. Média na vertical

Vel. na Seção

Vazão (m³/s)

1 2,50 0,00 0

2 4,00 0,90 2 0,72 0 48,4 0,18 0 46,2 0,000

0,000 0,000

3 7,00 2,14 2 1,71 3 52,2 0,43 3 61,6 0,186

0,158 0,172 0,086 0,393

4 10,00 2,36 2 1,89 7 43,6 0,47 6 45,4 0,516

0,425 0,471 0,321 2,169

5 13,00 2,50 2 2,00 9 42 0,50 12 43,6 0,688

0,883 0,786 0,628 4,579

6 16,00 2,54 2 2,03 12 41,8 0,51 15 40,2 0,921

1,196 1,059 0,922 6,971

7 19,00 2,46 2 1,97 12 41,8 0,49 16 41,6 0,921

1,233 1,077 1,068 8,009

8 22,00 2,46 2 1,97 11 45 0,49 17 42,6 0,785

1,279 1,032 1,054 7,782

9 25,00 2,30 2 1,84 11 43,2 0,46 16 41,6 0,817

1,233 1,025 1,029 7,343

10 28,00 2,20 2 1,76 9 40,2 0,44 16 40,8 0,719

1,257 0,988 1,007 6,794

11 31,00 2,10 2 1,68 11 41,2 0,42 16 42,0 0,857

1,221 1,039 1,013 6,537

12 34,00 2,10 2 1,68 10 40 0,42 14 43,2 0,802

1,039 0,921 0,980 6,173

13 37,00 1,96 2 1,57 10 40,8 0,39 12 41,6 0,787

0,925 0,856 0,888 5,410

14 40,00 1,94 2 1,55 11 41,8 0,39 13 41,8 0,844

0,998 0,921 0,888 5,198

15 43,00 1,92 2 1,54 9 42 0,38 11 43,2 0,688

0,817 0,753 0,837 4,845

16 46,00 1,60 2 1,28 6 43,6 0,32 7 44,0 0,443

0,511 0,477 0,615 3,246

17 47,00 1,50 2 1,20 5 40 0,30 3 42,2 0,402

0,230 0,316 0,397 0,615

18 48,50 0,00 0

∑ 76,064



CHEIAS 1) ESTIMATIVA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL A PARTIR DE DADOS DE CHUVA

A) MÉTODO DO HIDROGRAMA UNITÁRIO B) MÉTODO RACIONAL Aplicável para bacias hidrográficas muito pequenas (<

5km²) Fornece somente QMAX (pico da cheia) Fórmula Racional: Q = (c x i x A) / 3,6 , onde:

i = intensidade média da precipitação sobre toda a área drenada A = área, em km² c = coeficiente de deflúvio No Método Racional negligencia-se:

o Complexidade real do escoamento o O armazenamento na bacia o As variações da intensidade da chuva o As variações do coeficiente de deflúvio durante o

episódio pluvial

Seção Transversal do Rio

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

2,50

7,00

13,00

19,00

25,00

31,00

37,00

43,00

47,00



Freqüentemente adota-se, para o cálculo da intensidade

de chuva, a duração desta igual ao tempo de concentração (tc) (segundo isócronas).

O cálculo do tc pode seguir, por exemplo, um dos

métodos: o Kirpich: tc = 57 x (L³/H)0,385 , onde: tc – [min] L – extensão do talvegue, em [km] H – cota do ponto mais afastado, em [m]

o Dooge: tc = 1,75 x (A0,41 / S0,17) , onde: tc – [h] A – km² S – declividade da bacia (m / 10.000)

Valores de c para áreas rurais:

T (anos) cf 2 – 10 1,00 25 1,10 50 1,20 100 1,25

c = [1–(c1’ + c2’ + c3’)] x cf

TIPO DE ÁREA C’ 1 - Topografia 0,2 a 0,6 m/km 0,3 3 a 4 m/km 0,2 30 a 50 m/km 0,1 2 - Solo argila impermeável 0,1 permeabilidade média 0,2 arenoso 0,4 3 - Cobertura áreas cultivadas 0,1 árvores 0,2



Exemplo: Determine a vazão máxima para tempo de retorno de 50 anos, para uma bacia com 30% de área cultivável e 70% com cobertura natural com árvores. A declividade média é de 8m/km. O solo tem permeabilidade média. A bacia tem 2km², desnível de 24m e comprimento de 3km. A equação de chuvas do local é dada por i = (1265,7 x T0,052) / (t + 12)0,77. a) Determinação da duração da chuva Q = c i A / 3,6

t = tc Kirpich - t = tc = 59,64min Dooge – t = 66,23 min

Adota-se o maior (em favor da segurança). b) Coeficiente de deflúvio c CULTIVADO = 1 – (0,2 + 0,2 + 0,1) = 0,5 c FLORESTA = 1 – (0,2 + 0,2 + 0,2) = 0,4 c MÉDIO = 0,3 x 0,5 + 0,7 x 0,4 = 0,43 cf = 1,20 c = 1,20 x 0,43 = 0,52 c) Cálculo de i i = 54mm/h d) Cálculo de Q Q50 = 15,6m³/s, para T = 50 anos



HIDROGRAMAS Bibliografia de Referência: Apostila RUBEM PORTO, 1999 - USP DEFINIÇÃO: - Representação do deflúvio (vazão) como função do tempo em um local definido Q = Q(t) . O hidrograma pode ser relativo a um determinado evento (de curto período) ou contínuo (fluviograma). REPRESENTAÇÃO GRÁFICA:

chuva efetiva

I curva de depleção

retenção inicial

hietograma

D

E

C

B

A

vazã

o

tempo

prec

ipita

ção

A – início do escoamento superficial B – pico do hidrograma (QMAX) C – cessa o escoamento superficial I – ponto de inflexão do gráfico E – não é ponto de vazão negativa. O rio alimenta o lençol.



CONCEITOS RELACIONADOS:

COEFICIENTE DE DEFLÚVIO - Relação entre a quantidade total de água escoada pela seção e a quantidade total de água precipitada na bacia hidrográfica. Pode ser também chamado de coeficiente de escoamento superficial ou de runoff. CHUVA EFETIVA - Corresponde à parcela da precipitação que gera o escoamento superficial, também chamada de chuva excedente. TEMPO DE RETARDO (tl) - Definido como o intervalo de tempo entre o centro de massa da precipitação e o centro de gravidade do hidrograma. TEMPO DO PICO (tp) - É o intervalo de tempo entre o centro de massa da precipitação e o pico de vazões do hidrograma. TEMPO DE CONCENTRAÇÃO (tc) - intervalo de tempo contado a partir do início da precipitação para que toda a bacia hidrográfica correspondente passe a contribuir na seção de estudo. Corresponde à duração da trajetória da partícula de água que demore mais tempo para atingir a seção por escoamento superficial direto. TEMPO DE ASCENSÃO (tm)- tempo entre o início da chuva e o pico do hidrograma. TEMPO DE BASE (tb) - intervalo de tempo de duração do escoamento superficial direto, corresponde ao trecho AC TEMPO DE RECESSÃO (te) É o intervalo de tempo entre a vazão máxima e o ponto C (caracterizado pelo término do escoamento superficial).



te

tb

tl

CG

tm

tp

tc

prec

ipita

ção

tempo

vazã

o

A

B

C

E

D

I

CG

FATORES QUE INFLUENCIAM A FORMA DO HIDROGRAMA: 1) RELEVO (densidade de drenagem, declividade do rio e da bacia, capacidade de armazenamento e forma) Bacias íngremes e com boa drenagem têm hidrogramas

íngremes com pouco escoamento de base. Bacias com grandes áreas de extravasamento tendem a

regularizar o escoamento e reduzir o pico. Bacias mais circulares antecipam e têm picos de vazões

maiores do que bacias alongadas.

2) COBERTURA DA BACIA: cobertura vegetal tende a retardar o escoamento e aumentar perdas por evaporação. 3) MODIFICAÇÕES ARTIFICIAIS NO RIO: reservatórios de regularização reduzem os picos, enquanto canalizações podem aumentar os picos.



4) DISTRIBUIÇÃO, DURAÇÃO E INTENSIDADE DA PRECIPITAÇÃO: Chuvas deslocando-se de jusante para montante geram hidrogramas com picos menores (eventualmente dois picos). As chuvas convectivas de grande intensidade e distribuídas numa pequena área, podem provocar as grandes enchentes em pequenas bacias. Para bacias grandes, as chuvas frontais são mais importantes. 5) SOLO: Interfere na quantidade de chuva transformada em chuva efetiva. MÉTODOS PARA SEPARAÇÃO DO ESCOAMENTO DIRETO E DE BASE NO HIDROGRAMA:

1) LINHA RETA 2) EXTRAPOLAÇÃO DA CURVA DE RECESSÃO 3) DEPLEÇÃO DUPLA

método 1

mét

odo

3

méto

do 2

1) Método da Linha Reta2) Extrapolação da Curva de Recessão3) Depleção Dupla

prec

ipita

ção

tempo

vazã

oA

B

C

E

D

hietograma

I



EXEMPLO: Para o hidrograma abaixo separar o escoamento de base e estimar a chuva efetiva total pelo método da linha reta (A = 100 km²).

Escoamento de base qb (m³/s): 2,7; 3,1; 3,5; 4,0; 4,6; 5,2; 6,0; 5,5; 4,8; 4,3 Escoamento direto qd (m³/s): 0; 2,0; 16,5; 16; 2,8; 0; 0; 0; 0; 0 Vtotal = (Q) t ( em segundos, com intervalo de 10h) Ve = (qd) t = 1,66 x 106 m³ Coeficiente de deflúvio = Ve / Vtotal HIDROGRAMA UNITÁRIO DEFINIÇÃO: Modelo de transformação chuva-vazão que permite determinar o hidrograma do projeto. É o hidrograma de escoamento direto resultante de uma chuva efetiva unitária (1cm =

0

5

10

15

20

25

0 20 40 60 80 100 120Vazão

tem

pot(h) Q (m³/s) 10 2,7 20 5,1 30 20,0 40 20,0 50 11,0 60 8,0 70 6,0 80 5,5 90 4,8 100 4,3



10mm) distribuída uniformemente sobre a bacia hidrográfica, em um período de tempo t (duração da chuva). É uma característica da bacia hidrográfica.

HIPÓTESES (FOLSE, 1929; SHERMAN, 1932): a) COMPRIMENTO DE BASE É CONSTANTE: Para uma dada bacia hidrográfica, a duração do escoamento T é essencialmente constante para todas as chuvas de uma duração t e independente do volume total do escoamento.

HIDROGRAMA UNITÁRIO

1t

O

Qu

O

vazã

o

tempo

prec

ipita

ção

b) ORDENADAS PROPORCIONAIS:

aq

q

iai HIDROGRAMA UNITÁRIO

t

OO

vazã

o

tempo

prec

ipita

ção

c) SUPERPOSIÇÃO: linearidade



Soma

3

2

1

321

ttpr

ecip

itaçã

o

tempo

vazã

o

O O

t

DETERMINAÇÃO DO HIDROGRAMA UNITÁRIO:

a) Chuvas Isoladas 1) Separar o escoamento superficial e subterrâneo (direto e de

base) 2) Transformar o volume precipitado para volume unitário

(proporcionalidade)



EXEMPLO: Dado o hidrograma unitário de 1 hora de duração, obter o diagrama unitário para 3 horas de duração:

b) Chuvas complexas - chuvas isoladas são raras, múltiplos períodos, esta distribuição de chuva efetiva produz um escoamento superficial em um comprimento de base de m períodos. - O Hidrograma Unitário é obtido pela convolução discreta do HU. - Curva S : Serve para obter o hidrograma unitário para qualquer período unitário.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 5 10 15 20 25 30

ordenadas 1h

ordenadas 3h

tempo (h)

ordenadas 1h

desloc. 1h

desloc. 2h soma

divisão (3)

0 0 0 0 1 50 0 50 17 2 140 50 0 190 63 3 320 140 50 510 170 4 750 320 140 1210 403 5 1100 750 320 2170 723 6 1050 1100 750 2900 967 7 950 1050 1100 3100 1033 8 830 950 1050 2830 943 9 700 830 950 2480 827 10 600 700 830 2130 710 11 440 600 700 1740 580 12 330 440 600 1370 457 13 250 330 440 1020 340 14 185 250 330 765 255 15 140 185 250 575 192 16 103 140 185 428 143 17 77 103 140 320 107 18 58 77 103 238 79 19 43 58 77 178 59 20 33 43 58 134 45 21 24 33 43 100 33 22 18 24 33 75 25 23 13 18 24 55 18 24 0 13 18 31 10



HIDROGRAMA UNITÁRIO SINTÉTICO - Quando não se dispõe de dados de chuva e vazão, o Hidrograma Unitário pode ser estimado a partir de características fisiográficas (área, declividade, comprimento de talvegue, permeabilidade, tipo e uso do solo, etc.) - Alguns Métodos para determinação do HUS: de SNYDER, de CLARK, de SANTA BÁRBARA, SCS - Soil Conservation System (diagrama triangular), etc. - Para informações complementares, ver apostila Prof. Rubem Porto, USP. EXEMPLO: Determine o HU sintético pelo método de Snyder para uma bacia com os seguintes dados: A = 250 km², L = 17 km, Lcg = 5 km. Adote Ct = 1,50 e Cp = 0,6. Solução: Tempo de pico: tp = 1,5.(17.5)0,3 = 5,69 h tr = 5,69/5,5 = 1,03 h Adotando tr = 1 h e corrigindo tp: tp = 5,69 + (1-1,03)/4 = 5,68 h A vazão de pico do HU: Qp = (2,75.0,60.250)/5,68 = 72,6 m3/s As larguras do HU W75= 1,22/(72,6/250)1,08 = 4,64 h W50= 2,14/(72,6/250)1,08 = 8,14 h



O tempo de base calculado pela equação é irreal, porque o menor valor será 3 dias. Sendo assim, deve-se procurar prolongar as larguras obtidas, mantendo o volume unitário, assim: tb = 11,12.A/Q - W75 – 1,5. W50 = 21,44 h. Percebe-se que o valor obtido para tb está próximo do intervalo 2,5 a 3,5 de tp (tb=3,77 tp). Com base nestes valores é possível esboçar a curva ou utilizar o hidrograma retangular.

INFILTRAÇÃO DEFINIÇÃO: - Processo pelo qual a água penetra nas camadas superficiais do solo e se move, sob a ação da gravidade, em direção ao lençol d’água. VELOCIDADE DE (IN) FILTRAÇÃO OU DE PERCOLAÇÃO: Velocidade média com que a água atravessa as camadas de solo. Geralmente expressa em [cm/s] ou [m/s]. POROSIDADE (n): Relação de volume de vazios e volume de sólidos (seco) de uma amostra. PERMEABILIDADE (k): Quão fácil um solo deixa a água permear através dele. É medida em termos de velocidade de percolação. Solos argilosos tem baixa permeabilidade (da ordem de 10 -9) e solos arenosos alta permeabilidade (da ordem de 10 -6)



CAPACIDADE DE INFILTRAÇÃO (ou taxa de infiltração) (f): É a vazão máxima com que um solo, em uma dada condição (teor de umidade) é capaz de absorver água. É inversamente proporcional à água infiltrada (F). Unidade: [mm/h] ou [mm/min].

fF

tempo

Ff

FATORES QUE AFETAM A INFILTRAÇÃO:



- UMIDADE DO SOLO - quanto mais saturado estiver o solo, menor será a infiltração. - TOPOGRAFIA - declives acentuados favorecem o escoamento superficial direto diminuindo a oportunidade de infiltração. - GEOLOGIA - a granulometria do solo condiciona a sua permeabilidade. Quanto mais fino for o solo menor será a infiltração. - OCUPAÇÃO DO SOLO - os processos de urbanização e devastação da vegetação diminuem drasticamente a quantidade de água infiltrada ocorrendo o contrário com a aplicação de técnicas adequadas de terraceamento e manejo do solo. - DEPRESSÕES - a existência de depressões provoca a retenção da água diminuindo a quantidade de escoamento superficial direto. A água retida infiltra no solo ou evapora. MEDIDAS DE INFILTRAÇÃO: A) INFILTRÔMETROS

- Aparelhos destinados à determinação direta de f (local). - 2 cilindros concêntricos e um dispositivo de medição de volume de água aduzida ao cilindro interno. - Função do cilindro externo: prover a quantidade de água necessária ao espalhamento lateral, devido à capilaridade. - Tipos: inundação / aspersão (simula a chuva).

B) EQUAÇÃO EMPÍRICA DE HORTON f = fc + (fo – fc) e-K t

tempo

f

chuva efetiva

infiltração

f



EXEMPLO1: O quadro abaixo reproduz os resultados obtidos em teste realizado com um infiltrômetro cilíndrico de 26cm de diâmetro. a) determinar a capacidade de infiltração do solo, em cm/h, para

os diversos intervalos de tempo. b) representar graficamente os resultados.

tempo (min)

volume infiltrado (cm³) t (h)

F (cm)

F (cm) f(cm/h)

0 0 0,000 0,000 0 0 1 63 0,016 0,119 0,119 7,42 2 120 0,016 0,226 0,107 6,71 5 269 0,050 0,507 0,281 5,61 10 436 0,083 0,821 0,315 3,79 20 681 0,166 1,283 0,461 2,78 30 862 0,166 1,624 0,341 2,05 60 1153 0,500 2,172 0,548 1,10 90 1298 0,500 2,445 0,273 0,55 120 1440 0,500 2,712 0,267 0,53

A = d² /4 F = Volume / Área f = F / t

f(cm/h)

012345678

0 1 2 5 10 20 30 60 90 120

tempo

F (c

m/h

)



EXEMPLO2: Em um infiltrômetro observaram-se os seguintes valores para infiltração acumulada:

Tempo (min) 10 20 30 Facum (mm) 20 32 40

a) Determinar os parâmetros da equação de Horton (A, B, m). F = A + (B/m) (1 – e- m t); m = [T-1] b) Estime a capacidade de infiltração após 1 hora; c) Estime o tempo para início do escoamento superficial. Supondo uma chuva de intensidade constante igual a 2,5mm/h.

a) 20 = A + B/m (1 – e – m 10) eq. (1) 32 = A + B/m (1 – e – m 20) eq. (2) 40 = A + B/m (1 – e – m 30) eq. (3)

Subtraindo (2) de (1): 12 = (B/m) (e – m 10 - e – m 20) Subtraindo (3) de (2): 8 = (B/m) (e – m 20 - e – m 30) Dividindo por (e – m 10 - e – m 20) / (e – m 20 - e – m 30) = 3/2 Chamando e – m 10 de x, temos: (x – x²) / (x² - x³) = 3/2 Donde tiramos a seguinte equação: 3x² - 5x + 2 = 0, cujas raízes são (1 e 2/3).

Como ln 1 = 0, não serve tal resultado. Então, temos: -10m = ln (2/3), donde: m = 0,04 min-1

Jogando-se este resultado nas demais equações encontra-se A = 2 e B = 2,16.

F = 2 + 2,16 (1 – e-0,04t) dF/dt = f f = 2 + 2,16 e-0,04t, comparando-se esta equação à de Horton, tem-se: fc= 2 ; fo = 4,16 e k = 0,04

b) para t = 60min, temos: f = 2,2 mm/min



c) quando f = 2,5mm/h, temos: t = 36,5 min EXEMPLO3: Determine o hietograma de chuva efetiva para a seguinte tempestade. t (h) 0 – 0,5 0,5 – 1,0 1,0 – 1,5 1,5 – 2,0 i (mm/h) 70 35 25 15

Suponha válida a equação de Horton, com: fo = 70mm/h; fc = 13mm/h; m ou k = 4,2 h-1; f = fc + (fo – fc) e- k t. Solução: t = 0,5 h f = 13 + 57 e -4,2 t I = min (Pt , (ft + f t + t) / 2 . t) P efetiva = P – I t f f* =( fi+1 - fi) i i – f* P total= i t Pef =( i-f*) t 0 70 - - - - - 0,5 20 45 70 25 35 12,5 1,0 13,8 16,9 35 18,1 17,5 9,0 1,5 13,1 13,5 25 11,5 12,5 5,8 2,0 13,0 13,1 15 1,9 7,5 0,9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0,5 1 1,5 2

tempo

i (m

m/h

) i

chuva efetiva

f - Horton





EXERCÍCIOS PROPOSTOS: Ex 7.1: O quadro abaixo reproduz os resultados obtidos em teste realizado com um infiltrômetro cilíndrico de 30cm de diâmetro.

d) determinar a capacidade de infiltração do solo, em cm/h, para os diversos intervalos de tempo.

e) representar graficamente os resultados.

tempo (min)

volume infiltrado (cm³) t (h)

F (cm)

F (cm) f(cm/h)

0 0 0,000 1 58 0,016 2 110 0,016 5 242 0,050 10 433 0,083 20 590 0,166 30 824 0,166 60 1020 0,500 90 1204 0,500 120 1340 0,500

Ex 7.2: Em um infiltrômetro observaram-se os seguintes valores para infiltração acumulada:

Tempo (min)

Facum (mm)

10 18 20 28 30 38

a) Determinar os parâmetros da equação de Horton (A, B, m). F = A + (B/m) (1 – e- m t); m = [T-1] b) Estime a capacidade de infiltração após 2 horas; c) Estime o tempo para início do escoamento superficial. Supondo uma chuva de intensidade constante igual a 2 mm/h.



EX 7.3: Para a determinação da permeabilidade de um solo, foi executado um furo a trado manual de 10 cm de diâmetro. Optou-se pela manutenção do nível d’água na boca do furo durante a realização do ensaio. Obtiveram-se os seguintes valores:

t (min)

Volume adicionado (mL)

0 0 5 50 10 50 15 100 30 100 60 100 120 300 180 200 240 150 300 100 360 100 420 200 600 500 900 850 1200 770

Calcule a permeabilidade do solo e estime qual o tipo de solo (argiloso, arenoso, siltoso) ensaiado, lembrando que baixas permeabilidades são da ordem de 10-9 m/s, permeabilidades medianas entre 10-9 e 10-6 m/s e altas permeabilidades > 10-6m/s. EX 7.4: Determine o hietograma de chuva efetiva para a seguinte tempestade. t (h) 0 – 0,5 0,5 – 1,0 1,0 – 1,5 1,5 – 2,0 i (mm/h) 30 80 60 10

Suponha válida a equação de Horton, com: fo = 65mm/h; fc = 14mm/h; m ou k = 3,7 h-1; f = fc + (fo – fc) e- k t.



ÁGUAS SUBTERRÂNEAS FONTES BIBLIOGRÁFICAS: - Orientações para utilização de águas subterrâneas no Estado de São Paulo (disponível em www.abas.org.br) - http://www.prossiga.br/recursoshidricos/ - Teixeira et al. Decifrando a Terra, 2003. Oficina de Textos. USP. - www.perfuradores.com.br - www.hidro.ufcg.edu.br/hidrologia/ - http://www.oaquiferoguarani.com.br/ DISPONIBILIDADE HÍDRICA:

DEFINIÇÕES: - PERDA DE CARGA: Decréscimo na carga hidráulica causada pela dissipação de energia (fricção no meio poroso).



- CARGA PIEZOMÉTRICA OU ALTURA PIEZOMÉTRICA: Altura da água de um aqüífero confinado, medida num piezômetro em relação ao fundo do aqüífero (z + P/). - SUPERFÍCIE FREÁTICA OU NÍVEL D’ÁGUA (NA): 1) limite entre a zona saturada e a não saturada (vadosa). Sua profundidade é função da quantida de recarga e dos materiais de subsolo. 2) Em áreas úmidas (com alta pluviosidade) tende a ser mais raso, enquanto em ambientes áridos tende a ser mais profundo. 3) De modo geral, é mais profundo nas cristas de divisores topográficos e mais raso nos fundos de vale. 4) Quando o nível d’água intercepta a superfície do terreno, aflora, gerando nascentes, córregos ou rios. - RIOS EFLUENTES: a vazão aumenta para jusante como conseqüência da alimentação por água subterrânea. - RIOS INFLUENTES: a vazão diminui para jusante como conseqüência da recarga da água subterrânea pelo escoamento superficial. - POÇO: obra de engenharia destinada à captação de água do aqüífero; - AQUÍFEROS: Formações geológicas constituídas por rochas capazes de armazenar e transmitir quantidades significativas de água. - CONDUTIVIDADE HIDRÁULICA K medida da habilidade de um aqüífero conduzir água através do meio poroso; é expressa em m/dia, m/s, mm/h [K = v/(dh/dx)]. TIPOS DE AQÜÍFEROS QUANTO A SUAS CARACTERÍSTICAS CONSTITUTIVAS:

a. Aqüíferos Porosos - Ocorrem nas chamadas rochas sedimentares e constituem os mais importantes aqüíferos pelo



grande volume de água que armazenam e por sua ocorrência em grandes áreas. Exemplo: Aqüífero Guarani.

b. Aqüíferos fraturados ou fissurados - Ocorrem nas rochas ígneas e metamórficas. A capacidade destas rochas em acumularem água está relacionada à quantidade de fraturas existentes. A possibilidade de se ter um poço produtivo dependerá tão somente, de o mesmo interceptar fraturas capazes de conduzir a água. Exemplo: Rochas Basálticas.

c. Aqüíferos cársticos - São os aqüíferos formados em rochas carbonáticas. Constituem um tipo peculiar de aqüífero fraturado, onde as fraturas, devido à dissolução do carbonato pela água, podem atingir aberturas muito grande (cavernas), criando verdadeiros rios subterrâneos. Exemplo: Regiões com grutas calcárias. TIPOS DE AQÜÍFEROS QUANTO A SUAS CARACTERÍSTICAS DE PRESSÃO: Não-Confinado (Freáticos ou Livres): Aqüífero encerrado

apenas por uma formação impermeável na parte de abaixo. A água num aqüífero livre é também dita lençol freático..

Confinado (Artesiano ou Cativo): Aqüífero encerrado entre

formações impermeáveis ou quase impermeáveis. Ele está sob pressão maior do que a pressão atmosférica. A água num aqüífero confinado é também dita lençol artesiano.





ESTRUTURA DE UMA BACIA ARTESIANA

01 - Altura do lençol freático na área de recarga 02 - Lençol freático 03 - Área de recarga 04 – Rocha impermeável 05 - Agüifero(rocha saturada) 06 - Poço Artesiano 07 - Falha 08 - Fonte artesiana 09 - Rocha impermeável 10 - Fonte artesiana

FATORES QUE INTERFEREM NA QUANTIDADE E QUALIDADE DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS - Precipitação superficial; - Constituição geológica e natureza das camadas; - Estrutura geológica; - Extensão areal contribuinte; - Zona de recarga.



FATORES QUE IMPEDEM O USO EXTENSIVO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS - Conhecimento insuficiente das formações aqüíferas; - Falta de estudos, levantamentos e ensaios; - Técnica inadequada na execução dos poços; FLUXO DAS ÁGUAS SUBTERRÂNEAS LEI DE DARCY (1856) - Experimento empírico realizado por Henry Darcy (1856), baseado na medição da vazão de água através de um cilindro preenchido por material arenoso, utilizando diversos gradientes hidráulicos, para determinação da condutividade hidráulica. - A Lei de Darcy rege o escoamento da água nos solos saturados e é representada pela seguinte equação: Onde: V = velocidade da água através do meio poroso; K = condutividade hidráulica saturada dh = variação de Carga Piezométrica dx = variação de comprimento na direção do fluxo dh/dx = perda de carga Condutividade Hidráulica é a não resistência ao fluxo, por exemplo: - Na areia a velocidade do fluxo é maior, então K é maior - Na argila a velocidade do fluxo é menor, então o K é menor.

dxdhKV



ASPECTOS GERAIS SOBRE POÇOS - Quando iniciamos o bombeamento de um poço, ocorre um rebaixamento do nível da água do aqüífero, criando um gradiente hidráulico (uma diferença de pressão) entre este local e suas vizinhanças. - Este gradiente provoca o fluxo de água do aqüífero para o poço, enquanto estiver sendo processado o bombeamento. - A condição de exploração permanente (Q = cte) dá-se quando a vazão de exploração é igual a vazão do aqüífero para o poço; - Se o bombeamento parar, o nível d’água retorna ao nível original (recuperação). - A forma do cone de depressão dependerá dos seguintes fatores:

- Do volume de água que está sendo bombeado: um mesmo poço apresentará cones de tamanhos diferentes em função do volume de água que está sendo extraída.

- Da permeabilidade do aqüífero: esta determinará a velocidade com que a água se movimenta para o poço.



TIPOS DE POÇOS POÇO TUBULAR PROFUNDO – artesiano e semi-artesiano: Obra de engenharia geológica de acesso a água subterrânea, executada com sonda perfuratriz mediante perfuração vertical com diâmetro de 4” a 36” e profundidade de até 2000 metros, para captação de água. POÇO RASO, CISTERNA, CACIMBA: Poços de grandes diâmetros (1 metro ou mais), escavados manualmente e revestidos com tijolos ou anéis de concreto. Captam a água do lençol freático e possuem geralmente profundidades na ordem de até 20 metros. - A equação de Darcy descreve o comportamento hidráulico dos poços, com base nas seguintes suposições:

- o poço é bombeado à taxa constante (Q = cte) - o fluxo d’água para o poço é radial e uniforme (A = h.2..r) - o poço penetra por toda a espessura do aqüífero; - o aqüífero é homogêneo em todas as direções;

AS PRINCIPAIS NORMAS QUE REGULAMENTAM O ASSUNTO NBR 12212 - Projeto de poço tubular profundo para captação de água subterrânea. NBR 12244 - Construção de poço tubular profundo para captação de água subterrânea. NBR 13604/13605/13606/130607/13608 - “Dispõe sobre tubos de PVC para poços tubulares profundos” NBR 13895/1997 – Poços de Monitoramento.



O AQÜÍFERO GUARANI O Guarani é um dos maiores aqüíferos do mundo, cobrindo uma superfície de quase 1,2 milhões de km². Está inserido na Bacia Geológica Sedimentar do Paraná, localizada no Brasil, Paraguai, Uruguai e Argentina, e constitui a principal reserva de água subterrânea da América do Sul, com um volume estimado em 46 mil km³.

EVAPORAÇÃO DEFINIÇÃO: A evaporação é um fenômeno de natureza física no qual as moléculas de água passam do estado líquido para o estado gasoso. Em outras palavras, considera-se evaporação (ou vaporização) o processo pelo qual as moléculas de água na superfície líquida ou na umidade do solo, adquirem energia suficiente (através da radiação solar e outros fatores climáticos) e passam do estado líquido para o de vapor.Ocorre nas superfícies líquidas de reservatórios, lagos e rios, na superfície dos solos úmidos, etc. ABRANGÊNCIA: - Evaporação da água contida no solo (umidade) - Evaporação direta da água de rios, lagos e oceanos, água interceptada GRANDEZAS CARACTERÍSTICAS: - Perda por evaporação (E) – volume de água evaporada por unidade de área horizontal (expressa em mm) durante um certo período de tempo. - Intensidade de evaporação (mm/h) – é a velocidade com que se processa as perdas por evaporação.



IMPORTÂNCIA DA EVAPORAÇÃO: - Cálculos de perdas de água em reservatórios e cálculos de necessidades de irrigação. - Cálculo do balanço hídrico: Q = P – E - Operação de reservatórios: Vol, Área = f(cota) EVAPORAÇÃO POTENCIAL : Máxima quantidade de água que pode evaporar de uma superfície com disponibilidade de água para a realização do processo. Ex: a evaporação da água da superfície de rios, lagos e oceanos. EVAPORAÇÃO REAL : Ocorre a uma taxa inferior à taxa potencial devido a deficiência de água para o processo. Ex: a evaporação água do solo em uma bacia hidrográfica. FATORES QUE INFLUENCIAM A EVAPORAÇÃO: Temperatura, Pressão Atmosférica, Pressão de Vapor, Umidade Relativa, Vento, Natureza da Superfície, Radiação Solar Temperatura - O aumento da temperatura do ar aquece a superfície da terra e provoca evaporação das massas líquidas expostas (superfície) e no interior do solo. Pressão Atmosférica - Pressão exercida pelos vários gases contidos na atmosfera, inclusive o vapor d’água. Afeta a quantidade de vapor que a atmosfera pode absorver. Pressão de vapor - A pressão de vapor é devida à evaporação da água e quanto maior for essa pressão tanto maior será a umidade do ar. O valor máximo da pressão de vapor é dita pressão de saturação de vapor, nessas condições o ar é dito saturado e não mais absorve umidade.



Umidade Relativa - A razão entre a pressão de vapor reinante e a pressão de saturação de vapor é denominada de umidade relativa: u (%) = Pv / Psv Vento - O vento é também responsável pela evaporação da água devido à transferência de massa de vapor entre as camadas e sua velocidade interfere na circulação atmosférica. Natureza da superfície - A evaporação depende muito da cobertura do solo pela vegetação. Quanto maior for a área vegetada, menor é a evaporação, pois a vegetação protege o solo. Radiação Solar - Fornecida pelo Sol constitui a energia motora para o próprio ciclo hidrológico e diretamente afeta a evaporação da água na superfície do solo.Três tipos de radiação solar: Incidente, Refletida e Líquida. RL= Ri - Rr Onde: RL = Radiação Líquida ; Ri = Radiação Incidente ou global; Rr = Radiação Refletiva. CONTROLE DA EVAPORAÇÃO: - Redução de áreas líquidas expostas (plantas aquáticas que reduzem a evaporação); - Cortina de vento em pequenas áreas (cobertura vegetal); - Pequenas áreas expostas de lagos e açudes favorecidas por fatores geográficos naturais (gargantas, cânion).



MEDIÇÃO DA EVAPORAÇÃO A medição da taxa evaporação de uma superfície líquida pode ser realizada através de aparelhos de medição direta, os evaporímetros. Os evaporímetros são instrumentos que possibilitam uma medida direta do poder evaporativo da atmosfera, estando sujeitos aos efeitos da radiação, temperatura, vento e umidade. Os evaporímetros mais conhecidos são os atmômetros e os tanques de evaporação. ATMÔMETROS - qualquer instrumento de qualquer forma usado para medição ou estimativa de diferentes intensidades de evaporação. (Livingston). O mais usado é o Evaporímetro de Piché – mede a evapotranspiração potencial, sua superfície é porosa (cerâmica ou papel de filtro) e embebida em água. TANQUES DE EVAPORAÇÃO - São tanques que expõem à atmosfera uma superfície líquida de água permitindo a determinação direta da evaporação potencial diariamente. O mais utilizado é o tipo classe A do U.S. Weather Bureau que é um tanque circular galvanizado ou metal equivalente.



Para se ter a evaporação potencial de superfícies líquidas naturais a partir dos dados medidos pelo tanque classe A , deve-se corrigir os dados pelo coeficiente de correção do tanque: Ep = E x Kt Onde: Ep = evaporação potencial E = evaporação do tanque classe A Kt = coeficiente do tanque (para a região nordeste Kt varia entre 0.6 e 1,0; e no semi-árido é comum adotar-se Kt = 0,75)

EVAPOTRANSPIRAÇÃO DEFINIÇÃO: EVAPORAÇÃO + TRANSPIRAÇÃO TRANSPIRAÇÃO: é a evaporação que ocorre das folhas das plantas, através das aberturas dos estômatos. Dada uma taxa ilimitada de alimentação de água na zona das raízes, a transpiração potencial é uma função do clima e da fisiologia da planta. A transpiração real, sob condições limitadas de água depende da habilidade da planta em extrair a umidade do solo parcialmente saturado com capacidade limitada de transferir água. A evapotranspiração engloba tanto a evaporação como a transpiração mencionadas, além de incluir a evaporação da água interceptada pela vegetação. “De toda a precipitação que ocorre nos oceanos os continentes 112% evapora” “De toda a precipitação que ocorre sobre os continentes 57% evapora” Em uma região semi-árida, cerca de 96% da precipitação total anual pode evaporar. A evapotranspiração diária pode variar em uma faixa de 0 a 12 mm por dia.



Durante uma chuva intensa, a evaporação é reduzida a um mínimo, por causa das condições de saturação do ar; entretanto, a evapotranspiração entre as tormentas é normalmente suficiente para deplecionar completamente a umidade do solo em regiões áridas e tem influência significativa na umidade do solo e nas respostas hidrológicas futuras em todos os lugares. EVAPOTRANSPIRAÇÃO POTENCIAL - valor de referência, pois caracteriza a perda de água da bacia como se toda a vegetação fosse um gramado de uma espécie vegetal padronizada. É um índice que independe das características particulares de transpiração da cultura plantada na região estudada, levando em conta apenas o clima, o tipo de solo, e as superfícies livres de água na bacia. A evapotranspiração potencial é a máxima evapotranspiração que ocorreria se o solo dispusesse de suprimento de água suficiente e a plantação em questão tivesse no auge da quantidade de folhas. Uma das maneiras de se determinar a Evapotranspiração Potencial é a partir da Evaporação Potencial, utilizando um coeficiente kp que particulariza o tipo de solo, ventos, entre outros EVAPOTRANSPIRAÇÃO REAL - constitui a perda de água que realmente ocorre na bacia, considerando a vegetação existente. Pode-se determinar a Evapotranspiração Real indiretamente a partir da Evapotranspiração Potencial através de um coeficiente kc particular para cada tipo de cultura.

Porto et al, 2000



A evapotranspiração varia com a própria atividade vital da vegetação, que é variável durante o ano em função da insolação, temperatura e condições climáticas, de maneira geral. Nos períodos de deficiência de chuva em que os solos tornam-se mais secos, a evapotranspiração real ou efetiva é sempre menor do que a potencial. Este distanciamento também se verifica quando as plantas estão germinando e na época da colheita. No período de maturação da lavoura se dá a maior proximidade entre os valores real e potencial. Em condições normais de cultivo de plantas de ciclos anuais, logo após o plantio a ET real é bem menor do que a ET potencial. Esta diferença vai diminuindo à medida que a cultura se desenvolve (em razão do aumento foliar), tendendo para uma diferença mínima antes da maturação. Tal diferença volta a aumentar quando a planta atinge a maturidade (colheita). MÉTODOS DE MEDIÇÃO (Porto, 2000):

LISÍMETROS: Tanques enterrados no solo, por meio dos quais mede-se a evapotranspiração potencial. Uma grama padrão é plantada sobre o tanque e ao redor do mesmo. A evapotranspiração potencial obtida é uma simples referência, pois a cultura utilizada é uma grama padrão. É importante salientar que o tanque deve ser preenchido com o solo natural da bacia estudada e o mesmo deve ser enterrado nesta mesma bacia a fim de se manter as condições climáticas.



A superfície da amostra de solo é submetida aos agentes atmosféricos (medidos em posto meteorológico vizinho) e recebe as precipitações naturais que são medidas por um pluviômetro. O solo contido no lisímetro é drenado no fundo da cuba, medindo-se a água assim recolhida. A evapotranspiração potencial (ETP) durante um período determinado pode ser calculada, conhecendo-se as precipitações (P) desse período, a drenagem correspondente (Q) e a variação (DR) da quantidade de água acumulada no lisímetro, através da Equação do Balanço Hídrico:

A variação (DR) da retenção pode ser avaliada pelas medidas da umidade do solo a diferentes profundidades. Entretanto, como essas medidas não são muito precisas na maioria das vezes, determina-se a evaporação em períodos suficientemente longos para que DR seja desprezível face à evaporação. Em geral, as medidas se referem a períodos de, no mínimo, duas semanas e, mais freqüentemente de um mês. A evapotranspiração real pode ser obtida indiretamente a partir desse valor potencial de referência multiplicando-o por um coeficiente que particulariza a plantação (arroz, batata, etc.). Os cuidados básicos na instalação de um lisímetro são os seguintes: • Deve ser largo para reduzir o efeito de sua parede interna e ter tamanho significativo (área mínima 2 m², volume mínimo 2 m³);



• Deve ser suficientemente profundo para não restringir o desenvolvimento do sistema radicular; • Ter solo e cultura nas mesmas condições do solo externo. a) Lisímetro de percolação: Consiste em um tanque enterrado com as dimensões mínimas de 1,5 m de diâmetro por 1,0 m de altura, no solo, com a sua borda superior 5 cm acima da superfície do solo. Do fundo do tanque sai um cano que conduzirá a água drenada até um recipiente. O tanque tem que ser cheio com o solo do local onde será instalado o lisímetro, mantendo a mesma ordem dos horizontes. No fundo do tanque, coloca-se uma camada de mais ou menos 10 cm de brita coberta com uma camada de areia grossa. Esta camada de brita tem a finalidade de facilitar a drenagem d'água que percolou através do tanque. Depois de instalado, planta-se grama no tanque e na sua área externa. O tanque pode ser um tambor, pintado interna e externamente para evitar corrosão, tanque de amianto ou tanque de metal pré-fabricado. b) Lisímetro de pesagem mecânica: Permite a determinação da ET em períodos curtos (horária ou diária), o que não acontece com os lisímetros não pesáveis. É imprescindível em centros de pesquisas, de modo que possamos calcular os coeficientes de correção para os outros métodos indiretos ou empíricos. DETERMINAÇÃO INDIRETA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO 1) MÉTODO DE THORNWAITE Thornthwaite (1948), a partir da correlação entre dados de evapotranspiração medida e temperatura do ar, elaborou o seguinte método empírico:

onde:



O método de Thornthwaite, sendo uma fórmula empírica perde alguma precisão (quando aplicado na escala diária, por exemplo), mas ainda é um dos métodos mais utilizados pelos seguintes motivos: • Utiliza apenas a temperatura do ar para aplicação; • Mesmo para regiões sem nenhuma informação climática, as temperaturas médias mensais e anuais podem ser estimadas através de equações de regressão temperatura x altitude, latitude, longitude; • Quando aplicado para períodos superiores a dez dias, suas estimativas são razoáveis. 2) MÉTODO DO TANQUE CLASSE A Com o valor da evaporação potencial (EP) pode-se estimar a evapotranspiração potencial (ETP). Recomenda-se então, de acordo com o trabalho de Doorembos e Pruitt (1975), que se multiplique o valor da altura de evaporação obtida no tanque Classe A por um fator de proporcionalidade, denominado coeficiente de tanque (Kp) que depende do valor da velocidade do vento e umidade relativa observadas no período, assim como das condições de exposição do tangue. A equação proposta é a seguinte:



3) MÉTODO DE BLANEY-CRIDDLE Método foi desenvolvido em 1950, na região Oeste dos EUA, sendo por isso mais indicado para zonas áridas e semi-áridas, e consiste na aplicação da seguinte fórmula para avaliar a evapotranspiração potencial:

DETERMINAÇÃO INDIRETA DA EVAPOTRANSPIRAÇÃO REAL 1) MÉTODO DO BALANÇO HÍDRICO



2) MÉTODO DOS COEFICIENTES DE CULTURA O método dos coeficientes de cultura é utilizado para estimativa da demanda real de água de uma cultura em cada fase de crescimento, sendo método base para projetos de irrigação. Consiste em si, na determinação da evapotranspiração real, através da multiplicação do valor de evapotranspiração potencial do período pelo valor do coeficiente de cultura (Kc) da fase, ou seja:

INTERCEPÇÃO OU INTERCEPTAÇÃO É a parte da precipitação retida acima da superfície do solo. (Blake, 1975) devido principalmente á presença de vegetação. Caindo sobre uma superfície coberta com vegetação, parte da chuva fica retida nas folhas.



Quando as folhas não são mais capazes de armazenar água, continuando a chuva, ocorre o drenagem para o solo. A interceptação depende, de um modo geral: CARACTERÍSTICAS DA PRECIPITAÇÃO (ALTURA, DURAÇÃO, INTENSIDADE) → P.ex. Maior intensidade menor intercepção (Blake, 1975). ÁREA VEGETADA OU URBANIZADA (Av) → Maior a área Av maior o volume da interceçção. CARACTERÍSTICAS DA VEGETAÇÃO, DOS PRÉDIOS OU DOS OBSTÁCULOS (área, tipo e densidade da vegetação, presença de residências, edificações, etc) → P.ex. maior o tamanho das folhas, maior a capacidade de armazenamento. CONDIÇÕES CLIMÁTICAS (ventos) PERÍODO DO ANO (período chuvoso, vegetação) O volume interceptado retorna para a atmosfera por evaporação, após a ocorrência da chuva. A intercepção é eventual, isto é, ocorre quando há chuva e vegetação para interceptá-la. As perdas por intercepção vegetal podem chegar até a 25% da precipitação anual em áreas muito vegetadas (florestas). MEDIDA DA INTERCEPÇÃO: É feita de maneira indireta, pela diferença entre a precipitação total e a parcela da chuva drenada através das folhas e pelo tronco (balanço hídrico). Para medir a intercepção utilizam-se pluviômetros localizados em pontos específicos nas áreas vegetadas: P = pluviômetro na altura da copa (precipitação total); Pf = pluviômetro abaixo da copa (precipitação pelas folhas) Pt = pluviômetro colado ao tronco (precipitação pelo tronco)



GESTÃO DOS RECURSOS HÍDRICOS CONSIDERAÇÕES: 1) A ÁGUA É VITAL 2) A ÁGUA É UM BEM DE DOMÍNIO PÚBLICO 3) ÁGUA É UM BEM DE MÚLTIPLOS USOS (ABASTECIMENTO DE ÁGUA, GERAÇÃO DE ENERGIA, LAZER, DESSEDENTAÇÃO DE ANIMAIS, AGRICULTURA, ETC.) 4) SERVE DE SUPORTE AOS AGENTES DE DEGRADAÇÃO (FÍSICA, QUÍMICA OU BIOLÓGICA) 5) DISPONIBILIDADE LIMITADA (ASPECTOS GEOGRÁFICOS, DE USO DO SOLO E UTILIZAÇÃO > CAPACIDADE) 6) AGENTE REGULARDOR CLIMÁTICO 7) EVENTOS EXTREMOS RELACIONADOS À ÁGUA GERAM PREJUÍZOS ECONÔMICOS, SOCIAIS E AMBIENTAIS (SECAS, INUNDAÇÕES, ETC.) 8) POLUIÇÃO E CONTAMINAÇÃO HÍDRICA SÃO AS PRINCIPAIS CAUSAS DE ENFERMIDADES (DOENÇAS DE VEICULAÇÃO HÍDRICA)

Balanço do sistema: Si = P – (Pf + Pt) DRENAGEM = Pf + Pt

PP

PPtt

PPff



9) A UTILIZAÇÃO ECONÔMICA DA ÁGUA A TORNOU UM RECURSO HÍDRICO 10) PRINCÍPIO DO POLUIDOR-PAGADOR 11) DADA A COMPLEXIDADE, SÃO NECESSÁRIAS EQUIPES MULTIDISCIPLINARES PARA GERIR / GESTIONAR AS ÁGUAS 12) A ÁGUA É UM RECURSO FINITO E RENOVÁVEL 13) OS CORPOS HÍDRICOS APRESENTAM CAPACIDADE DE AUTODEPURAÇÃO 14) A ÁGUA RECEBE, DILUI E TRANSPORTA DESPEJOS E EFLUENTES DOMÉSTICOS E INDUSTRIAIS LEI FEDERAL 9.433/97 INSTITUI A POLÍTICA NACIONAL DE RECURSOS HÍDRICOS CRIA O SISTEMA NACIONAL DE GERENCIAMENTO DE RECURSOS HÍDRICOS REGULAMENTA O INCISO XIX DO ART. 21 DA CONSTITUIÇÃO FEDERAL FUNDAMENTOS: I - A ÁGUA É UM BEM DE DOMÍNIO PÚBLICO; II - A ÁGUA É UM RECURSO NATURAL LIMITADO, DOTADO DE VALOR ECONÔMICO; III - EM SITUAÇÕES DE ESCASSEZ, O USO PRIORITÁRIO DOS RECURSOS HÍDRICOS É O CONSUMO HUMANO E A DESSEDENTAÇÃO DE ANIMAIS; IV - A GESTÃO DOS RECURSOS HÍDRICOS DEVE SEMPRE PROPORCIONAR O USO MÚLTIPLO DAS ÁGUAS; V - A BACIA HIDROGRÁFICA É A UNIDADE TERRITORIAL PARA IMPLEMENTAÇÃO DA POLÍTICA NACIONAL DE RECURSOS HÍDRICOS E ATUAÇÃO DO SISTEMA NACIONAL DE GERENCIAMENTO DE RECURSOS HÍDRICOS; VI - A GESTÃO DOS RECURSOS HÍDRICOS DEVE SER DESCENTRALIZADA E CONTAR COM A PARTICIPAÇÃO DO PODER PÚBLICO, DOS USUÁRIOS E DAS COMUNIDADES. OBJETIVOS DA POLÍTICA NACIONAL (PNRH): I - ASSEGURAR À ATUAL E ÀS FUTURAS GERAÇÕES A NECESSÁRIA DISPONIBILIDADE DE ÁGUA, EM PADRÕES DE QUALIDADE ADEQUADOS AOS RESPECTIVOS USOS;



II - A UTILIZAÇÃO RACIONAL E INTEGRADA DOS RECURSOS HÍDRICOS, INCLUINDO O TRANSPORTE AQUAVIÁRIO, COM VISTAS AO DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL; III - A PREVENÇÃO E A DEFESA CONTRA EVENTOS HIDROLÓGICOS CRÍTICOS DE ORIGEM NATURAL OU DECORRENTES DO USO INADEQUADO DOS RECURSOS NATURAIS. DIRETRIZES: I - A GESTÃO SISTEMÁTICA DOS RECURSOS HÍDRICOS, SEM DISSOCIAÇÃO DOS ASPECTOS DE QUANTIDADE E QUALIDADE; II - A ADEQUAÇÃO DA GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS ÀS DIVERSIDADES FÍSICAS, BIÓTICAS, DEMOGRÁFICAS, ECONÔMICAS, SOCIAIS E CULTURAIS DAS DIVERSAS REGIÕES DO PAÍS; III - A INTEGRAÇÃO DA GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS COM A GESTÃO AMBIENTAL; IV - A ARTICULAÇÃO DO PLANEJAMENTO DE RECURSOS HÍDRICOS COM O DOS SETORES USUÁRIOS E COM OS PLANEJAMENTOS REGIONAL, ESTADUAL E NACIONAL; V - A ARTICULAÇÃO DA GESTÃO DE RECURSOS HÍDRICOS COM A DO USO DO SOLO; VI - A INTEGRAÇÃO DA GESTÃO DAS BACIAS HIDROGRÁFICAS COM A DOS SISTEMAS ESTUARINOS E ZONAS COSTEIRAS. INSTRUMENTOS DA PNRH: I - OS PLANOS DE RECURSOS HÍDRICOS; II - O ENQUADRAMENTO DOS CORPOS DE ÁGUA EM CLASSES, SEGUNDO OS USOS PREPONDERANTES DA ÁGUA; III - A OUTORGA DOS DIREITOS DE USO DE RECURSOS HÍDRICOS; IV - A COBRANÇA PELO USO DE RECURSOS HÍDRICOS; V - A COMPENSAÇÃO A MUNICÍPIOS; VI - O SISTEMA DE INFORMAÇÕES SOBRE RECURSOS HÍDRICOS. PLANOS DE RECURSOS HÍDRICOS: PLANOS DIRETORES, QUE SUBSIDIAM AS AÇÕES, DE LONGO PRAZO, E DEVEM CONTER: DIAGNÓSTICO ATUAL, ANÁLISES ALTERNATIVAS DE CRESCIMENTO DEMOGRÁFICO E USO DO SOLO, PARÂMETROS DE DISPONIBILIDADE HÍDRICA, METAS DE RACIONALIZAÇÃO DO USO, CRITÉRIOS DE OUTORGAS E USOS, ETC.



OUTORGA PELO USO: ATO ADMINISTRATIVO DE CONCESSÃO DE USO DO RECURSO HÍDRICO, COM O OBJETIVO DE ASSEGURAR O CONTROLE QUANTITATIVO E QUALITATIVO DE ACESSO À ÁGUA. SÃO PASSÍVEIS DE OUTORGA: DERIVAÇÕES E CAPTAÇÕES DE ÁGUA, EXTRAÇÃO DE ÁGUA DE AQÜÍFERO SUBTERRÂNEO, LANÇAMENTOS DE EFLUENTES, APROVEITAMENTO DOS POTENCIAIS HIDRELÉTRICOS, OUTROS USOS QUE ALTEREM O REGIME, A QUANTIDADE OU A QUALIDADE DA ÁGUA EXISTENTE EM UM CORPO DE ÁGUA. COBRANÇA PELO USO: TEM POR OBJETIVO RECONHECER A ÁGUA COMO BEM ECONÔMICO E DAR AO USUÁRIO UMA INDICAÇÃO DE SEU REAL VALOR, INCENTIVAR A RACIONALIZAÇÃO DO USO DA ÁGUA, OBTER RECURSOS FINANCEIROS PARA O FINANCIAMENTO DOS PROGRAMAS E INTERVENÇÕES CONTEMPLADOS NOS PLANOS DE RECURSOS HÍDRICOS. ÓRGÃOS QUE PARTICIPAM DA GESTÃO DOS RECURSOS HÍDRICOS: - CONSELHO NACIONAL DE RECURSOS HÍDRICOS - CONSELHOS ESTADUAIS DE RECURSOS HÍDRICOS - COMITÊS DE BACIA HIDROGRÁFICA - AGÊNCIA NACIONAL DE ÁGUAS





RESOLUÇÃO CONAMA 357/05 CONSIDERAÇÕES:

1) ESTABELECE A CLASSIFICAÇÃO DOS CORPOS HÍDRICOS 2) ESTABELECE O ENQUADRAMENTO DOS CORPOS HDRICOS 3) ESTABELECE PADRÕES DE LANÇAMENTO DE EFLUENTES 4) INSTITUIU O ESTUDO DE CAPACIDADE DE SUPORTE DE CARGA

CONCEITOS UTILIZADOS NA RESOLUÇÃO: ÁGUAS DOCES - SALINIDADE IGUAL OU INFERIOR A 0,5 ‰ ÁGUAS SALOBRAS - SALINIDADE ENTRE 0,5 ‰ E 30 ‰ ÁGUAS SALINAS - SALINIDADE SUPERIOR A 30 ‰ DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXIGÊNIO (DBO5) DEMANDA QUÍMICA DE OXIGÊNIO (DQO) OXIGÊNIO DISSOLVIDO (OD) AUTODEPURAÇÃO CARGA POLUIDORA MÁXIMA ESTUDO DE CAPACIDADE DE SUPORTE DE CARGA – MONTANTE X JUSANTE X ZONA DE MISTURA METAS OBRIGATÓRIAS – PROGRESSIVA, INTERMEDIÁRIA, FINAL CLASSIFICAÇÃO ÁGUAS DOCES: ESPECIAL, 1, 2, 3 E 4 CLASSIFICAÇÃO ÁGUAS SALINAS: ESPECIAL, 1, 2, 3 CLASSIFICAÇÃO ÁGUAS SALOBRAS: ESPECIAL, 1, 2, 3 PARÂMETROS INDICADORES DE QUALIDADE: DBO5, DQO, PH, OD, MATERIAIS FLUTUANTES, ÓLEOS E GRAXAS, GOSTO, ODOR, COLIFORMES TERMOTOLERANTES, SÓLIDOS SEDIMENTÁVEIS, TOTAIS E DISSOLVIDOS, COR, TURBIDEZ, TEMPERATURA, METAIS PESADOS, SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS, ETC.



PADRÕES DE LANÇAMENTO PARA EFLUENTES: I - PH ENTRE 5 A 9; II - TEMPERATURA: INFERIOR A 40ºC, SENDO QUE A VARIAÇÃO DE TEMPERATURA DO CORPO RECEPTOR NÃO DEVERÁ EXCEDER A 3ºC NA ZONA DE MISTURA; III - MATERIAIS SEDIMENTÁVEIS: ATÉ 1 ML/L EM TESTE DE 1 HORA EM CONE IMHOFF. PARA O LANÇAMENTO EM LAGOS E LAGOAS, CUJA VELOCIDADE DE CIRCULAÇÃO SEJA PRATICAMENTE NULA, OS MATERIAIS SEDIMENTÁVEIS DEVERÃO ESTAR VIRTUALMENTE AUSENTES; IV - REGIME DE LANÇAMENTO COM VAZÃO MÁXIMA DE ATÉ 1,5 VEZES A VAZÃO MÉDIA DO PERÍODO DE ATIVIDADE DIÁRIA DO AGENTE POLUIDOR, EXCETO NOS CASOS PERMITIDOS PELA AUTORIDADE COMPETENTE; V - ÓLEOS E GRAXAS: 1 - ÓLEOS MINERAIS: ATÉ 20MG/L; 2- ÓLEOS VEGETAIS E GORDURAS ANIMAIS: ATÉ 50MG/L; VI - AUSÊNCIA DE MATERIAIS FLUTUANTES. VII – OUTROS ELEMENTOS CITADOS ... MG/L (PPM) PORTARIA MINISTÉRIO DA SAÚDE 518/04 ESTABELECE OS PROCEDIMENTOS E RESPONSABILIDADES RELATIVOS AO CONTROLE E VIGILÂNCIA DA QUALIDADE DA ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO E SEU PADRÃO DE POTABILIDADE. CONCEITOS UTILIZADOS NA RESOLUÇÃO: ÁGUA POTÁVEL – ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO CUJOS PARÂMETROS MICROBIOLÓGICOS, FÍSICOS, QUÍMICOS E RADIOATIVOS ATENDAM AO PADRÃO DE POTABILIDADE E QUE NÃO OFEREÇA RISCOS À SAÚDE; COLIFORMES TERMOTOLERANTES – SUBGRUPO DAS BACTÉRIAS DO GRUPO COLIFORME QUE FERMENTAM A LACTOSE A 44,5 ± 0,2ºC EM 24 HORAS; TENDO COMO PRINCIPAL REPRESENTANTE A ESCHERICHIA COLI, DE ORIGEM EXCLUSIVAMENTE FECAL.



ESCHERICHIA COLI – BACTÉRIA DO GRUPO COLIFORME QUE FERMENTA A LACTOSE E MANITOL, SENDO CONSIDERADA O MAIS ESPECÍFICO INDICADOR DE CONTAMINAÇÃO FECAL RECENTE E DE EVENTUAL PRESENÇA DE ORGANISMOS PATOGÊNICOS; CIANOBACTÉRIAS – MICROORGANISMOS PROCARIÓTICOS AUTOTRÓFICOS, TAMBÉM DENOMINADOS COMO CIANOFÍCEAS (ALGAS AZUIS), CAPAZES DE OCORRER EM QUALQUER MANANCIAL SUPERFICIAL ESPECIALMENTE NAQUELES COM ELEVADOS NÍVEIS DE NUTRIENTES (NITROGÊNIO E FÓSFORO), PODENDO PRODUZIR TOXINAS COM EFEITOS ADVERSOS À SAÚDE; CIANOTOXINAS – TOXINAS PRODUZIDAS POR CIANOBACTÉRIAS QUE APRESENTAM EFEITOS ADVERSOS À SAÚDE POR INGESTÃO ORAL. DIRETRIZES DA PORTARIA:

1) DEFINE AÇÕES E RESPONSABILIDADES NOS ÂMBITOS FEDERAL, ESTADUAL E MUNICIPAL.

2) DEFINE O PADRÃO DE POTABILIDADE 3) DEFINE PADRÕES DE AMOSTRAGEM (Nº AMOSTRAS, LOCAL, PLANO DE

AMOSTRAGEM, ETC) PADRÃO DE POTABILIDADE: PADRÃO MICROBIOLÓGICO (EM VMP – VALOR MÁXIMO PERMITIDO):

- ÁGUA PARA CONSUMO HUMANO – ESCHERICHIA COLI OU COLIFORMES TERMOTOLERANTES - AUSÊNCIA EM 100ML.

- ÁGUA NA SAÍDA DO TRATAMENTO –COLIFORMES TOTAIS - AUSÊNCIA EM 100ML.

- ÁGUA TRATADA NO SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO (RESERVATÓRIOS E REDE) – ESCHERICHIA COLI OU COLIFORMES TERMOTOLERANTES -



AUSÊNCIA EM 95% DAS AMOSTRAS (100ML) PARA > 40 AMOSTRAS. PARA < 40 AMOSTRAS, APENAS UMA AMOSTRA > 100ML É PERMITIDA.

PADRÃO FÍSICO-QUÍMICO:

- ESTABELECE PADRÕES DE TURBIDEZ, EM FUNÇÃO DO TIPO DE TRATAMENTO ADOTADO (DESINFECÇÃO, FILTRAÇÃO RÁPIDA OU LENTA) - APÓS A DESINFECÇÃO, A ÁGUA DEVE CONTER UM TEOR MÍNIMO DE CLORO RESIDUAL LIVRE DE 0,5 MG/L, SENDO OBRIGATÓRIA A MANUTENÇÃO DE, NO MÍNIMO, 0,2 MG/L EM QUALQUER PONTO DA REDE DE DISTRIBUIÇÃO, RECOMENDANDO-SE QUE A CLORAÇÃO SEJA REALIZADA EM PH INFERIOR A 8,0 E TEMPO DE CONTATO MÍNIMO DE 30 MINUTOS. - ESTABELECE LIMITES PARA CONCENTRAÇÕES DE METAIS PESADOS E OUTRAS SUBSTÂNCIAS QUÍMICAS.

PADRÃO RADIOATIVO:

- PADRÕES DE RADIOATIVIDADE ALFA E BETA GLOBAL PADRÃO DE ACEITAÇÃO PARA CONSUMO HUMANO:

Parâmetro Unidade VMP Alumínio mg/L 0,2 Amônia (como NH3) mg/L 1,5 Cloreto mg/L 250 Cor Aparente uH 15 Dureza mg/L 500 Etilbenzeno mg/L 0,2 Ferro mg/L 0,3 Manganês mg/L 0,1 Monoclorobenzeno mg/L 0,12 Odor - Não objetável Gosto - Não objetável Sódio mg/L 200 Sólidos dissolvidos totais mg/L 1.000 Sulfato mg/L 250 Sulfeto de Hidrogênio mg/L 0,05 Surfactantes mg/L 0,5 Tolueno mg/L 0,17



Turbidez UT 5 Zinco mg/L 5 Xileno mg/L 0,3

RESERVATÓRIOS CONSIDERAÇÕES: ESTIAGEM – PERÍODO QUE ABRANGE UMA SEQUÊNCIA DE VAZÕES BAIXAS, INTERCALADO OU NÃO DE VAZÕES MAIS ALTAS, DE FORMA QUE A MÉDIA DE CURTO PERÍODO SEJA SUBSTANCIALMENTE INFERIOR À MÉDIA DE LONGO PERÍODO.

VAZÃO MÉDIA DE LONGO PERÍODO = 1136 VAZÃO MÉDIA DE CURTO PERÍODO = 961 REGULARIZAÇÃO – USO DE UM RESERVATÓRIO PARA AUMENTAR AS VAZÕES BAIXAS DE UMA ESTIAGEM PELA LIBERAÇÃO DE ÁGUA ESTOCADA OU ARMAZENADA DURANTE EVENTOS DE VAZÕES MÉDIAS OU ALTAS. VAZÕES BAIXAS < 0,5X VAZÃO MÉDIA VAZÕES MÉDIAS – ENTRE 0,5 E 2X VAZÃO MÉDIA VAZÕES ALTAS > 2X VAZÃO MÉDIA LEI DE REGULARIZAÇÃO:

0200400600800

100012001400160018002000

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23

Tempo

Vaz

ão

m

r

QtQty )()( y(t) ≤1



ONDE: QR (T) = VAZÃO DE REGULARIZAÇÃO = QDEMANDA QM = VAZÃO MÉDIA RESERVATÓRIO - É UM GRANDE DEPÓSITO ARTIFICIAL DE ÁGUA. BASICAMENTE, UM RESERVATÓRIO É FORMADO AO FECHAR-SE A EXUTÓRIA DO VALE DE UM RIO, O QUE É FEITO ATRAVÉS DA CONSTRUÇÃO DE UMA BARRAGEM. ASSIM SENDO, UM RESERVATÓRIO PODE SER ENTENDIDO COMO UM “LAGO” CRIADO PELO HOMEM. RESERVATÓRIOS SERVEM, ENTÃO, PARA ATENUAR TANTO CHEIAS QUANTO ESTIAGENS. OBJETIVOS MÚLTIPLOS DA UTILIZAÇÃO DE RESERVATÓRIOS: - GERAÇÃO DE ENERGIA HIDRELÉTRICA (ENERGIA FIRME) - ÁGUAS PARA ABASTECIMENTO DOMÉSTICO E INDUSTRIAL - RECREAÇÃO - CONTROLE DE CHEIAS - PESCA - NAVEGAÇÃO (ECLUSAS) - SISTEMAS DE IRRIGAÇÃO CARACTERÍSTICAS DOS RESERVATÓRIOS:

1) ZONAS ZONA FLUVIAL - A MAIS DISTANTE DA BARRAGEM RIO ACIMA, O RESERVATÓRIO APRESENTA CARACTERÍSTICAS SEMELHANTES ÀS DO RIO QUE O ALIMENTA, COM A ÁGUA FLUINDO INTENSAMENTE NA MESMA DIREÇÃO DA DO FLUXO DO RIO. ZONA TRANSITÓRIA- MAIS PRÓXIMA DA BARRAGEM, O RESERVATÓRIO APRESENTA CARACTERÍSTICAS DA TRANSIÇÃO DE RIO PARA LAGO, COM A ÁGUA FLUINDO MODESTAMENTE EM VÁRIAS DIREÇÕES ADJACENTES ÀS DO FLUXO DO RIO. ZONA LACUSTRE - FAZ CONTATO COM A BARRAGEM, O RESERVATÓRIO APRESENTA CARCATERÍSTICAS SEMELHANTES ÀS DE UM LAGO NATURAL, COM A ÁGUA PRATICAMENTE ESTÁTICA, NÃO MAIS EM FLUXO.



2) NÍVEIS NÍVEL MÁXIMO NORMAL - É O NÍVEL D’ÁGUA MÁXIMO PARA FUNCIONAMENTO DO RESERVATÓRIO. IDEALMENTE, O NÍVEL D’ÁGUA DE UM RESERVATÓRIO DEVE SER MANTIDO PRÓXIMO DO SEU NÍVEL MÁXIMO NORMAL, PORÉM ABAIXO DESTE. NÍVEL MÁXIMO MAXIMORUM - É O NÍVEL D’ÁGUA MÁXIMO PERMISSÍVEL PARA O RESERVATÓRIO. PORTANTO, ELE É SUPERIOR AO NÍVEL MÁXIMO NORMAL. ESTANDO O RESERVATÓRIO COM O NÍVEL D’ÁGUA ACIMA DO SEU NÍVEL MÁXIMO NORMAL, É DESEJÁVEL QUE ÁGUA SEJA ESCOADA POR UM EXTRAVAZOR (VERTEDOURO), PARA FORA DO RESERVATÓRIO, ATÉ QUE O NÍVEL D’ÁGUA DO RESERVATÓRIO VOLTE A FICAR ABAIXO DO NÍVEL MÁXIMO NORMAL. ENTRETANTO, CASO O RESERVATÓRIO ESTEJA COM O NÍVEL D’ÁGUA ACIMA DO SEU NÍVEL MÁXIMO MAXIMORUM, É OBRIGATÓRIO QUE ÁGUA SEJA ESCOADA PARA FORA DELE ATRAVÉS DO VERTEDOURO. NÍVEL MÍNIMO - É O NÍVEL D’ÁGUA MÍNIMO PARA FUNCIONAMENTO DO RESERVATÓRIO.

3) VOLUMES VOLUME ÚTIL - É O VOLUME D’ÁGUA ARMAZENADO ENTRE O NÍVEL MÁXIMO NORMAL E O NÍVEL MÍNIMO DO RESERVATÓRIO. ISSO CORRESPONDE AO MÁXIMO VOLUME D’ÁGUA UTILIZÁVEL PELO RESERVATÓRIO PARA SEU FUNCIONAMENTO. VOLUME DE RETENÇÃO DE CHEIA - É O VOLUME D’ÁGUA ARMAZENADO ENTRE O NÍVEL MÁXIMO MAXIMORUM E O NÍVEL MÁXIMO NORMAL DO RESERVATÓRIO. ELE CORRESPONDE AO MÁXIMO VOLUME D’ÁGUA DE CHEIA DO RIO QUE O RESERVATÓRIO PODE ARMAZENAR.



VOLUME MORTO (OU VOLUME INÚTIL) - É O VOLUME D’ÁGUA ARMAZENADO ABAIXO DO NÍVEL MÍNIMO DO RESERVATÓRIO. APENAS COM ESTE VOLUME, O RESERVATÓRIO NÃO TEM CONDIÇÕES DE FUNCIONAR. A FIGURA A SEGUIR ILUSTRA A RELAÇÃO ENTRE OS DIFERENTES NÍVEIS E VOLUMES D’ÁGUA DE UM RESERVATÓRIO.

TEMPO DE RETENÇÃO HIDRÁULICA DE UM RESERVATÓRIO – EXPRESSO EM DIAS OU ANOS, DEFINE QUANTO TEMPO UMA CERTA QUANTIDADE D’ÁGUA PERMANENCE ARMAZENADA ANTES DE SER ESCOADA PARA FORA DO RESERVATÓRIO. É OBTIDO DIVIDINDO-SE O VOLUME D’ÁGUA ARMAZENADO NO RESERVATÓRIO PELA VAZÃO DE ESCOAMENTO D’ÁGUA PARA FORA DO RESERVATÓRIO. TAL PARÂMETRO INFLUENCIA FORTEMENTE PROCESSOS LIMNOLÓGICOS IMPORTANTES QUE OCORREM NUM RESERVATÓRIO, COMO POR EXEMPLO O PROCESSO DE SEDIMENTAÇÃO DE SÓLIDOS E A VARIAÇÃO DE TEMPERATURA DA ÁGUA ARMAZENADA COM A PROFUNDIDADE. UM RESERVATÓRIO PODE, PORTANTO, SER DIMENSIONADO PELA UTILIZAÇÃO DE UM FLUVIOGRAMA E DO CONCEITO DE TEMPO DE RETENÇÃO (DETENÇÃO) HIDRÁULICA.



TIPOS DE RESERVATÓRIOS QUANTO ÀS CARACTERÍSTICAS TEMPORAIS DE ARMAZENAMENTO:

INTRA ANUAL (SAZONAIS) RESERVATÓRIOS DE REGULARIZAÇÃO PLURIANUAIS PARÂMETROS CARACTERÍSTICOS DE PROJETO: - VAZÃO MÍNIMA (QMIN) - VAZÃO MÍNIMA DE T DIAS DE DURAÇÃO (MÉDIA)

Q PERÍODO DE RETORNO, DIAS DE SECA P.EX.: Q10,7 - QREG – VAZÃO REGULARIZADA - DURAÇÃO DA ESTIAGEM - PERÍODO DE RETORNO DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIOS PELO DIAGRAMA DE RIPPL O DIAGRAMA DE RIPPL TAMBÉM É CONHECIDO COMO CURVA DE MASSA DAS VAZÕES OU CURVA DAS VAZÕES TOTALIZADAS. DEFINIÇÃO (PINTO, 1986): GRÁFICO DE REPRESENTAÇÃO, EM ORDEM CRONOLÓGICA, DOS VALORES ACUMULADOS DE VOLUME ESCOADO AO LONGO DO TEMPO. ASSIM SENDO, O DIAGRAMA DE RIPPL É A CURVA INTEGRAL DO FLUVIOGRAMA. CARACTERÍSTICAS: - A INCLINAÇÃO DA RETA QUE UNE DOIS PONTOS QUAISQUER DO GRÁFICO MEDE A VAZÃO MÉDIA NO PERÍODO DE TEMPO PELOS DOIS PONTOS DEFINIDO. - A DIFERENÇA DE ORDENADAS ENTRE OS MESMOS DOIS PONTOS REPRESENTA O VOLUME ESCOADO NO PERÍODO DE TEMPO. - A INCLINAÇÃO DE UMA TANGENTE À CURVA DO GRÁFICO EM QUALQUER PONTO MEDE A VAZÃO NO INSTANTE DE TEMPO PELO PONTO DEFINIDO. EXEMPLO:



- NO EXEMPLO DADO, OBSERVA-SE QUE A VAZÃO MÉDIA ENTRE OS PONTOS A E D É IGUAL À VAZÃO MÉDIA DO PERÍODO TOTAL CONSIDERADO PELO GRÁFICO (RETA AB). - AS VAZÕES INSTANTÂNEAS VARIARAM SIGNIFICATIVAMENTE AO LONGO DO PERÍODO DEFINIDO POR A E D, APRESENTANDO VALORES GERALMENTE ACIMA DO MÉDIO ENTRE A E C, E VALORES ABAIXO DO MÉDIO ENTRE C E D.

- PARA QUE UM RESERVATÓRIO PUDESSE FORNECER UMA VAZÃO DE ESCOAMENTO CONSTANTE DE VALOR IGUAL AO VALOR MÉDIO DO PERÍODO DE TEMPO ENTRE A E D, SERIA NECESSÁRIO QUE ELE DISPUSESSE DE UM VOLUME ÚTIL CORRESPONDENTE AO MÁXIMO AFASTAMENTO ENTRE A CURVA ACD E A RETA AD, OU SEJA, CORRESPONDENTE À RETA CF.



- PARA SE OBTER O VOLUME ÚTIL DO RESERVATÓRIO - TRAÇAR A RETA TANGENTE À CURVA ACD QUE SEJA PARALELA À RETA AD, E ENTÃO MEDIR O AFASTAMENTO VERTICAL ENTRE AS DUAS (CG E AD) NA ABSCISSA DO PONTO DE TANGÊNCIA (INÍCIO DE JANEIRO DE 1933). - ESTENDENDO-SE O RACIOCÍNIO AO PERÍODO TOTAL CONSIDERADO PELO GRÁFICO, O VOLUME ÚTIL NECESSÁRIO EM UM RESERVATÓRIO PARA QUE ELE PUDESSE REGULARIZAR A VAZÃO, EM SEU VALOR MÉDIO E DE FORMA CONSTANTE, É EXPRESSO PELO MÁXIMO AFASTAMENTO ENTRE AS TANGENTES ÀS CURVAS ACIMA E ABAIXO DA RETA AD, SENDO AS TANGENTES TRAÇADAS PARALELAMENTE À RETA AD. - O VOLUME ÚTIL DESTE EXEMPLO É DE 36,5 X 109 M³. - TAL VOLUME PERMITE UM ESCOAMENTO D’ÁGUA À VAZÃO CONSTANTE DE 892 M³/S AO LONGO DOS 5 ANOS CONSIDERADOS NO DIAGRAMA. - ASSIM, VÊ-SE QUE A PRINCIPAL APLICAÇÃO DO DIAGRAMA DE RIPPL É O DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIOS EM FUNÇÃO DE UMA VAZÃO REGULARIZADA DO RIO ALIMENTADOR.

2) DIMENSIONAMENTO DE RESERVATÓRIOS PELO MÉTODO DO DIAGRAMA TRIANGULAR DE REGULARIZAÇÃO (DTR) – DEVIDO À ESCASSEZ DE TEMPO O DTR NÃO SERÁ EXPLICADO, FICANDO A CARGO DO ALUNO, SEGUNDO SEU INTERESSE, COMPLEMENTAR SEUS ESTUDOS JUNTO AO LIVRO TEXTO DA DISCIPLINA.

EXERCÍCIO PROPOSTO (BATISTA, 2006):

1. COM BASE NOS DADOS DE VAZÕES MOSTRADOS, QUAL O VOLUME MÍNIMO QUE DEVE TER O RESERVATÓRIO PARA MANTER UMA VAZÃO QR = 3,8 M³/S?

MÊS Q(M³/S) JAN 9,13 FEV 5,76 MAR 5,43 ABR 3,74 MAI 3,45 JUN 2,94 JUL 2,61

AGO 3,65 SET 2,21 OUT 2,79 NOV 4,45 DEZ 5,96



SOLUÇÃO: Mês Q(m³/s) Q acum Qacum * t Jan 9,13 9,13 23.664.960 Fev 5,76 14,89 38.594.880 Mar 5,43 20,32 52.669.440 Abr 3,74 24,06 62.363.520 Mai 3,45 27,51 71.305.920 Jun 2,94 30,45 78.926.400 Jul 2,61 33,06 85.691.520 Ago 3,65 36,71 95.152.320

Set 2,21 38,92 100.880.640 Out 2,79 41,71 108.112.320 Nov 4,45 46,16 119.646.720

Dez 5,96 52,12 135.095.040

OS RESERVATÓRIOS E O MEIO AMBIENTE

0

20.000.000

40.000.000

60.000.000

80.000.000

100.000.000

120.000.000

140.000.000

160.000.000

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

t (mês)

Qa acumuladas Qa

N



REFERÊNCIA: MINISTÉRIO DA INTEGRAÇÃO NACIONAL, SECRETARIA DE INFRA ESTRUTURA HÍDRICA, DIRETRIZES AMBIENTAIS PARA PROJETO E CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS E OPERAÇÃO DE RESERVATÓRIOS. BRASÍLIA, 2005. A OPERAÇÃO DE UM RESERVATÓRIO DE USOS MÚLTIPLOS, ENVOLVE, QUASE SEMPRE, UMA SÉRIE DE POTENCIAIS IMPACTOS NEGATIVOS SOBRE O AMBIENTE E AS COMUNIDADES SITUADAS NAS ÁREAS PRÓXIMAS. ESSES IMPACTOS E SUA MAGNITUDE ESTÃO DIRETAMENTE LIGADOS A DOIS FATORES: O PORTE DO EMPREENDIMENTO E SUA LOCALIZAÇÃO. OS IMPACTOS NEGATIVOS PODEM OCORRER NOS MEIOS FÍSICO, BIÓTICO E ANTRÓPICO, E DEVEM SER IDENTIFICADOS E AVALIADOS PARA QUE SEJAM ADOTADAS MEDIDAS MITIGADORAS PARA QUE ESTES SEJAM EVITADOS OU MINIMIZADOS. POSSÍVEIS IMPACTOS: AÇÕES IMPACTOS AMBIENTAIS NEGATIVOS DESAPROPRIAÇÃO E REMOÇÃO DA POPULAÇÃO

- DESALOJAMENTO DAS PESSOAS - DESAGREGAÇÃO FAMILIAR - MUDANÇAS DE ATIVIDADES - IMPACTOS CULTURAIS

INSTALAÇÃO DE CANTEIRO DE OBRAS E ALOJAMENTOS

- DISSEMINAÇÃO DE DOENÇAS - DESTINAÇÃO DOS DEJETOS - DESTINAÇÃO DO LIXO

DESMATAMENTO - DESAPARECIMENTO DA VEGETAÇÃO TERRESTRE, INCLUSIVE DA MATA CILIAR - DANOS À FAUNA - AUMENTO DA EROSÃO DO SOLO - ASSOREAMENTO DOS RECURSOS HÍDRICOS - ALTERAÇÃO NO ESCOAMENTO DA ÁGUA

EXPLORAÇÃO DAS ÁREAS DE - RETIRADA DA VEGETAÇÃO



EMPRÉSTIMO E JAZIDAS - DANOS À FAUNA - ALTERAÇÕES NA TOPOGRAFIA - MUDANÇA NO ESCOAMENTO DAS ÁGUAS - INCREMENTO DA EROSÃO - EMISSÃO DE POEIRAS E RUÍDOS

USO DO SOLO MARGINAL AO RESERVATÓRIO E DA ÁGUA

- ALTERAÇÕES NO REGIME HIDROLÓGICO - INUNDAÇÃO DE EXTENSAS ÁREAS - AFOGAMENTO DA VEGETAÇÃO, ALTERAÇÕES DA QUALIDADE DA ÁGUA - SALINIZAÇÃO DA ÁGUA, DEVIDO À EVAPORAÇÃO - PREJUÍZOS À FAUNA - INUNDAÇÃO DE BENFEITORIAS E INFRA-ESTRUTURA

BARRAMENTO E ACUMULAÇÃO D’ÁGUA

- MOVIMENTOS DE TERRA - EROSÃO DO SOLO - ASSOREAMENTO - COMPACTAÇÃO DO SOLO - MUDANÇAS NO ESCOAMENTO DA ÁGUA - CIRCULAÇÃO DE VEÍCULOS E MÁQUINAS PESADAS - EMISSÃO DE RUÍDOS E POEIRAS - AFUGENTAMENTO DE ANIMAIS - ALTERAÇÕES NO REGIME HIDROLÓGICO - INUNDAÇÃO DE EXTENSAS ÁREAS - SALINIZAÇÃO DAS ÁGUAS, PELA EVAPORAÇÃO

OBRAS CIVIS - DESAPARECIMENTO DA VEGETAÇÃO TERRESTRE, INCLUSIVE DA MATA CILIAR - DANOS À FAUNA - AUMENTO DA EROSÃO DO SOLO - ASSOREAMENTO DOS RECURSOS HÍDRICOS - ALTERAÇÃO NO ESCOAMENTO DA ÁGUA

USO DO SOLO MARGINAL AO RESERVATÓRIO E DA ÁGUA

- DESMATAMENTO, EROSÃO, ASSOREAMENTO - CAÇA E PESCA PREDATÓRIAS - GERAÇÃO DE RESÍDUOS SÓLIDOS E LÍQUIDOS - EMPOBRECIMENTO DO SOLO, SALINIZAÇÃO - USOS MÚLTIPLOS CONFLITANTES - LANÇAMENTO DE RESÍDUOS DE EMBARCAÇÕES

ANÁLISE AMBIENTAL 1. CARACTERÍSTICAS GERAIS DO EMPREENDIMENTO 1.1 DESCRIÇÃO DO PROJETO 1.2 JUSTIFICATIVA TÉCNICA E DE LOCALIZAÇÃO DO BARRAMENTO 2. ANÁLISE AMBIENTAL DA BACIA / REGIÃO 2.1 CARACTERÍSTICAS SOCIOECONÔMICAS DOS MUNCÍPIOS DA REGIÃO - ASPECTOS DEMOGRÁFICOS - IDH – ÍNDICE DE DESENVOLVIMENTO HUMANO - ASPECTOS ECONÔMICOS E SOCIAIS - EXPECTATIVA DA POPULAÇÃO A SER BENEFICIADA - INFRA-ESTRUTURA



2.2 CARACTERÍSTICAS DO MEIO NATURAL - ASPECTOS GEOLÓGICOS E GEOMORFOLÓGICOS - SOLOS - RECURSOS HÍDRICOS - CARACTERÍSTICAS CLIMÁTICAS - VEGETAÇÃO / FLORA - FAUNA - HABITATS NATURAIS 3. ANÁLISE DA SITUAÇÃO DE INFRA-ESTRUTURA DE SANEAMENTO BÁSICO / RECURSOS HÍDRICOS DA REGIÃO 4. INSTRUMENTOS DE GESTÃO E CONTROLE AMBIENTAL DO ESTADO 5. PROGRAMAS GOVERNAMENTAIS NA REGIÃO RELACIONADOS COM SANEAMENTO E RECURSOS HÍDRICOS 6. CAPACIDADE INSTITUCIONAL DO ÓRGÃO GESTOR DE RECURSOS HÍDRICOS 7. ANÁLISE AMBIENTAL DO EMPREENDIMENTO 7.1 SITUAÇÃO DO LICENCIAMENTO AMBIENTAL 7.2 SITUAÇÃO DA OUTORGA DE RECURSOS HÍDRICOS 7.3 AVALIAÇÃO AMBIENTAL DA INTERVENÇÃO / IMPACTOS AMBIENTAIS ESPERADOS 7.3.1 ALTERAÇÃO NO REGIME HÍDRICO 7.3.2 INTERFERÊNCIA COM OS USOS ATUAIS E POTENCIAIS DA ÁGUA 7.3.3 RISCOS DE SALINIZAÇÃO E DE EUTROFIZAÇÃO DA ÁGUA 7.3.4 IMPACTOS SOBRE O MEIO NATURAL 7.3.4.1 ÁREA DE INUNDAÇÃO - VEGETAÇÃO A SER INUNDADA - FAUNA A SER AFETADA - ÁREAS DE HABITATS NATURAIS CRÍTICOS - UNIDADES DE CONSERVAÇÃO AFETADAS 7.3.4.2 ÁREA DE INFLUÊNCIA A JUSANTE 7.3.5 IMPACTOS SOBRE O MEIO SOCIOECONÔMICO 7.3.5.1 ÁREA DE INUNDAÇÃO - PROPRIEDADES A SEREM INUNDADAS - ÁREAS OU POPULAÇÃO INDÍGENA AFETADAS - OCORRÊNCIA DE DOENÇAS DE VEICULAÇÃO HÍDRICA

-ATIVIDADES ECONÔMICAS AFETADAS (MEIO DE SOBREVIVÊNCIA, JAZIDAS MINERAIS, ATIVIDADES AGRÍCOLAS E PECUÁRIAS) - INFRA-ESTRUTURA A SER RELOCADA

7.3.5.2 ÁREA DE INFLUÊNCIA REGIONAL - ALTERAÇÕES REGIONAIS INDUZIDAS - FAIXA DE PROTEÇÃO DO RESERVATÓRIO - MELHORIA DAS CONDIÇÕES SANITÁRIAS - MELHORIA DAS CONDIÇÕES DE VIDA 8. MEDIDAS MITIGADORAS E DE COMPENSAÇÃO RECOMENDADAS 9. PROGRAMAS DE ACOMPANHAMENTO E MONITORAMENTO



EUTROFIZAÇÃO ARTIFICIAL DA ÁGUA EM RESERVATÓRIOS - OCORRE, EM GERAL, PELO AFOGAMENTO DE VEGETAÇÃO E OUTROS DEPÓSTICOS DE MATÉRIA ORGÂNICA E NUTRIENTES (FOSSAS, LIXO, ETC.) EXISTENTES NA BACIA HIDRÁULICA, DURANTE O ENCHIMENTO, OU PELO APORTE CONTÍNUO DE NUTRIENTES (FONTES PONTUAIS E DIFUSAS) NA BACIA DE DRENAGEM. - O NUTRIENTE CONSIDERADO FATOR LIMITANTE DE RESERVATÓRIOS TROPICAIS É O FÓSFORO, CUJA PRINCIPAL FONTE SÃO OS ESGOTOS. PARA RESERVATÓRIOS DESTINADOS AO ABASTECIMENTO PÚBLICO É DESEJÁVEL QUE ESTES SE ENQUADREM COMO OLIGOTRÓFICOS, SENDO TOLERÁVEL ATÉ O LIMITE DE MESOTRÓFICO.

CLASSE DE TROFIA CONCENTRAÇÃO DE FÓSFORO TOTAL (MG/M³)

ULTRA OLIGOTRÓFICO < 5 OLIGOTRÓFICO < 10 ATÉ 20 MESOTRÓFICO 10 A 50 EUTRÓFICO 25 A 100 HIPEREUTRÓFICO > 100

SALINIZAÇÃO DAS ÁGUAS EM RESERVATÓRIOS - NO NORDESTE BRASILEIRO, AS CONDIÇÕES CLIMÁTICAS PREPONDERANTES CARACTERIZAM-SE PELA ELEVADA EVAPORAÇÃO EM TODOS OS MESES DO ANO E, ESPECIFICAMENTO NO SEMI-ÁRIDO, POR UMA QUANTIDADE DE CHUVAS MENOR QUE OS TOTAIS EVAPORADOS. - A ACUMULAÇÃO DA ÁGUA NOS RESERVATÓRIOS, EM CONDIÇÕES COMO ESSAS, TEM A TENDÊNCIA DE FAVORECER A CONCENTRAÇÃO DOS SAIS ORIGINALMENTE CONTIDOS NAS ÁGUAS DOS RIOS BARRADOS.



USINAS HIDRELÉTRICAS ENERGIA HIDRÁULICA: CERCA DE 80% DA MATRIZ

ENERGÉTICA NACIONAL FUNÇÃO DAS CONDIÇÕES NATURAIS

A bacia do Rio Paraná é hoje a principal matriz de hidreletricidade. Características como relevo de encaixe (planalto) e alta declividade total, contribuem para o grande aproveitamento hidrelétrico desta bacia.

A bacia amazônica vem sendo estudada como importante matriz para expansão do sistema hidrelétrico brasileiro e construção de futuras usinas. Estes projetos incluem a aumento da potência instalada em Tucuruí, a exploração do potencial hidrelétrico do alto Tocantins (UHE Serra da Mesa) e a construção de dezenas de usinas de pequeno e médio porte ao longo dos principais tributários da bacia.

FONTE DE ENERGIA RENOVÁVEL IMPACTOS AMBIENTAIS ASSOCIADOS

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO MOVIMENTO DA ÁGUA:



COMPONENTES DE UMA UH RIO FASE DE CONSTRUÇÃO

ENSECADEIRA TUNEIS DE DESVIO

BARRAGEM RESERVATÓRIO VERTEDOURO TOMADAS D’ÁGUA / CONDUTOS FORÇADOS COMPORTAS CASA DE FORÇA

TURBINA GERADOR TRANSFORMADOR

LINHA DE TRANSMISSÃO UTILIZAÇÃO DE MODELOS REDUZIDOS / LACTEC BARRAGENS



Servem para criar reservatórios, ao fechar-se a exutória da bacia hidrográfica.

Permite utilização múltipla das águas: geração de energia elétrica, criação de peixes, irrigação, atenuação de cheias, lazer, etc.

Podem ser construídas de materiais diversos: concreto de cimento Portland, concreto compactado a rolo – CCR, solos, enrocamento, ou ainda de uma composição destes, etc.

Quanto maior a altura da barragem, maior a coluna de água que esta acumulará e, consequentemente, maior energia potencial estará disponível.

As ombreiras das barragens devem receber uma atenção especial durante o projeto uma vez que possíveis falhas / fraturas geológicas podem comprometer a estabilidade geotécnica destas.

A hidratação do cimento (cura do concreto) é uma reação química exotérmica.

Dados os grandes volumes de concreto envolvidos na construção de barragens por vezes eram utilizados blocos de gelo para resfriar tal material. Atualmente, tem sido mais freqüente a utilização de aditivos e tipos de concreto que utilizam menos cimento (p.ex. CCR).

VERTEDOUROS Em hidráulica, vertedouro é um canal artificial executado

com a finalidade de conduzir seguramente a água através de uma barreira, que geralmente é uma barragem, ou ele é destinado a auxiliar na medição da vazão de um dado fluxo de água.

Tipos:



por um canal lateral, em cota elevada em relação ao leito natural do rio, com soleira vertedoura a jusante;

por sobre o próprio corpo da barragem, ao longo de toda a extensão da crista ou parte dela;

DISSIPADOR DE ENERGIA COMPORTAS Proteção contra enchentes; Proteção de equipamentos (comportas de emergência

construídas a montante de turbinas); controle de nível de reservatórios destinados a recreação ou

próximos a áreas residenciais; limpeza de reservatórios; regulagem de vazão em barragens; eclusas de navegação.

TIPOS DE TURBINAS LINHAS DE TRANSMISSÃO PCH’s Pequenas Centrais Hidrelétricas

“menor impacto ambiental” IMPACTOS AMBIENTAIS Desapropriação e remoção de pessoas (ocorre quando o

local a ser inundado é habitado); Desmatamento; Mudança nos aspectos locais (evaporação, escoamento das

águas); Alterações climáticas;



Desaparecimento da vegetação terrestre; Caça e pesca predatórias; Geração de resíduos sólidos e líquidos; Salinização da águas, Extinção de animais e plantas

UH ITAIPU X TRÊS GARGANTAS ENGENHARIA ECONÔMICA APLICADA AOS RECURSOS HÍDRICOS - EQUIVALÊNCIA TEMPORAL DE VALORES

- ANÁLISE FINANCEIRA – MÍNIMO CUSTO - ANÁLISE ECONÔMICA – CUSTO / BENEFÍCIO: C / B ; B / C

- FLUXO DE CAIXA - TAXA DE RETORNO (ASPECTO SOCIAL) X TAXA DE JUROS (BANCOS) GRANDEZAS: P – VALOR PRESENTE F – VALOR FUTURO + A – AMORTIZAÇÃO / “ANUIDADE” I – TAXA N – Nº DE PERÍODOS (T) DESTRUIÇÃO FÍSICA DEPRECIAÇÃO – PERDA DE VALOR OBSOLECÊNCIA INVIABILIDADE DE OPERAÇÃO VALOR RESIDUAL – VIDA ÚTIL OBRIGAÇÕES LEGAIS – IMPOSTOS, TAXAS, ETC.



FÓRMULAS BÁSICAS: F = P (1 + i)n P = F [ 1 / (1 + i)n] F = A {[(1 + i)n – 1 ] / i} A = F { i / [(1 + i)n – 1 ]} A = P { [ (1 + i)n . i] / [(1 + i)n -1] } P = A { [(1 + i)n -1] / [ (1 + i)n . i]} FORMAS DE ANÁLISE E COMPARAÇÃO: 1) BENEFÍCIO LÍQUIDO BL = B – C BL > 0 2) B / C ( > 1 ) ; C / B ( <1 ) 3) TIR (TAXA INTERNA DE RETORNO) B = C EXEMPLO1: APLICO $ 10.000,00 POR 10 ANOS, A JUROS DE 5% A.A., QUANTO TEREI APÓS 2 ANOS? F = P (1 + i)n F = 10.000 (1 + 0,05)2 F = 11.025,00 EXEMPLO2: SE EU QUISER TER 400.000,00 DENTRO DE 5 ANOS, QUANTO DEVEREI APLICAR AGORA, CONSIDERANDO UMA TAXA DE JUROS DE 10% A.A. 400.000 = P (1 + 0,1)5 = 248.368,53 EXEMPLO3: NOS INSTANTES FINAIS DESSE ANO E NOS INSTANTES FINAIS DOS PRÓXIMOS ANOS PRETENDO APLICAR EM CADA ANO A IMPORTÂNCIA DE $ 20.000,00, A UMA TAXA DE JUROS DE 12% A.A.



A) QUANTO DINHEIRO TEREI POR CONTA DA DÉCIMA APLICAÇÃO INSTANTES APÓS TAL APLICAÇÃO? B) QUANTO DINHEIRO TEREI NO INSTANTE FINAL DO DÉCIMO PERÍODO, ISTO É, NO INTANTE 10, CONSIDERANDO QUE A ÚLTIMA APLICAÇÃO FOR NO INSTANTE 9, TENO ESTA APLICAÇÃO TAMBÉM RENDIDO JUROS PELO MENOS POR UM PERÍODO. RESPOSTA: A) F = 350.974,70 B) F / A = 295.513 X 1,12 = 330.974,70 P/9 ANOS (1 + I)1 EXEMPLO4: QUANTO DEVEREI APLICAR ANUALMENTE, DURANTE SETE PERÍODOS ANUAIS, A UMA TAXA DE 8% A.A. A FIM DE OBTER NO FIM DO SÉTIMO PERÍODO A QUANTIA DE 200.000,00. (RESPOSTA = A = 22.414,48) CONSIDERAÇÕES: SÉRIES DE VARIÁVEIS HIDROLÓGICAS COMO PRECIPITAÇÕES, VAZÕES, EVAPORAÇÃO E OUTRAS, QUANDO OBSERVADAS AO LONGO DO TEMPO, APRESENTAM VARIAÇÕES SAZONAIS. A OBSERVAÇÃO DE SÉRIES LONGAS DE DADOS HIDROLÓGICOS REVELARÁ A OCORRÊNCIA DE EXTREMOS (MÁXIMOS E MÍNIMOS) E DIFERENTES SEQUÊNCIAS DE VALORES, QUE CARACTERIZAM AS VARIÁVEIS HIDROLÓGICAS COMO ALEATÓRIAS. VARIÁVEIS HIDROLÓGICAS ESTARÃO SEMPRE ASSOCIADAS PORTANTO A UMA PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA. CONSEQÜENTEMENTE AS OBRAS HIDRÁULICAS DEVEM SEMPRE DIMENSIONADAS PARA UM DETERMINADO "RISCO" DE FALHA. O OBJETIVO DA ESTATÍSTICA É O DE EXTRAIR INFORMAÇÕES SIGNIFICATIVAS DE UMA DADA MASSA DE DADOS. AS TÉCNICAS UTILIZADAS EM ESTATÍSTICA



APLICADAS À HIDROLOGIA PERMITEM AVALIAR A PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DE UM FENÔMENO HIDROLÓGICO COM DETERMINADA MAGNITUDE. CONCEITO DE PERÍODO DE RETORNO E RISCO PERMISSÍVEL O INVERSO DA PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA É DENOMINADO EM HIDROLOGIA DE PERÍODO DE RETORNO OU INTERVALO DE RECORRÊNCIA. ASSIM, SE UMA DETERMINADA GRANDEZA HIDROLÓGICA TEM A PROBABILIDADE DE SER IGUALADA OU EXCEDIDA IGUAL A 5% (P = 0.05) SEU PERÍODO DE RETORNO SERÁ: T = 1 / P = 1 / 0.05 = 20 ANOS O PERÍODO DE RETORNO É EXPRESSO EM ANOS. ASSIM SE UMA CHEIA É IGUALADA OU EXCEDIDA EM MÉDIA A CADA 20 ANOS TERÁ UM PERÍODO DE RETORNO T = 20 ANOS. EM OUTRAS PALAVRAS, DIZ-SE QUE ESTA CHEIA TEM 5% DE PROBABILIDADE DE SER IGUALADA OU EXCEDIDA EM QUALQUER ANO. SE UMA OBRA HIDRÁULICA FOR PROJETADA PARA DURAR SOMENTE 1 ANO (UMA ENSECADEIRA POR EXEMPLO) O RISCO DE QUE ELA SEJA ULTRAPASSADA POR UMA CHEIA É IGUAL À PROBABILIDADE DESTA CHEIA. OBRAS QUE DEVAM DURAR VÁRIOS ANOS, EXPÕE-SE TODO ANO A UM RISCO IGUAL À PROBABILIDADE DE OCORRÊNCIA DE VAZÃO DE PROJETO. O RISCO DE A OBRA FALHAR UMA OU MAIS VEZES AO LONGO DA SUA VIDA ÚTIL PODE SER DEDUZIDO DOS CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TEORIA DAS PROBABILIDADES E É IGUAL A:

ONDE: T É O PERÍODO DE RETORNO EM ANOS N É A VIDA ÚTIL DA OBRA EM ANOS R É O RISCO PERMISSÍVEL

EXEMPLOS DE APLICAÇÃO (MINE, 2002)



1) A TABULAÇÃO ABAIXO RESUME OS DADOS REFERENTES À ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA DA IMPLANTAÇÃO DE UM DISPOSITIVO DE CONTROLE DE ENCHENTES CUJA VIDA ÚTIL É DE 50 ANOS. CONSIDERANDO QUE O PREJUÍZO CAUSADO POR EVENTUAIS EXCESSOS EM RELAÇÃO À CAPACIDADE DESTE DISPOSITIVO DE CONTROLE É DE 800.000, E QUE O CUSTO REAL DO DINHEIRO É DE 8% AO ANO. DECIDIR O TEMPO DE RECORRÊNCIA QUE DEVE SER ADOTADO NESTE PROJETO: A) PELO CRITÉRIO DE MÁXIMO BENEFÍCIO LÍQUIDO B) PELO CRITÉRIO DA MÁXIMA RELAÇÃO BENEFÍCIO / CUSTO.

T (ANOS) I ($) R ($) B ($) C ($) B – C B / C

2 ZERO 400.000 ZERO 400.000 - - 5 150.000 160.000 240.000 172.261 67.739 1,39 20 200.000 40.000 360.000 56.348 303.652 6,39 50 250.000 16.000 384.000 36.435 347.565 10,54 200 350.000 4.000 396.000 32.609 363.391 12,14 500 500.000 1.600 398.400 42.470 355.930 9,38

T – PERÍODO DE RETORNO, EM ANOS I – VALOR PRESENTE DO INVESTIMENTO NA CONSTRUÇÃO DO PROJETO R – VALOR MÉDIO ANUAL DO RISCO ASSOCIADO PELA OCORRÊNCIA DE VAZÕES SUPERIORES À VAZÃO DE PROJETO B – BENEFÍCIO (VALOR ANUAL MÉDIO) C – CUSTO (VALOR ANUAL EQUIVALENTE) SOLUÇÃO: CUSTO ANUAL DO INVESTIMENTO (CAI) = I (A / P ; 8%, 50) = 0,08174 , UTILIZANDO A FÓRMULA A = P { [ (1 + i)n . i] / [(1 + i)n -1] } C = 150.000 X 0,08174 + 160.000 = 172.261 2) O DANO ANUAL MÉDIO DEVIDO A PROBLEMAS DE ENCHENTES EM DETERMINADA CIDADE É DE $ 500 E VOCÊ ESTÁ ANALISANDO 3 DIFERENTES ALTERNATIVAS PARA O PROBLEMA, A SABER: A) NÃO FAZ NADA, NÃO GASTA EM OBRAS, MAS ARCA COM O DANO AMBIENTAL MÉDIO ACIMA. B) EXECUTA MELHORIAS NO RIO. ESTA OPÇÃO SIGNIFICA UM INVESTIMENTO DE $625 A SER AMORTIZADO EM 50 ANOS, A UMA TAXA DE 6% A.A. (AO ANO). ALÉM



DISTO, HAVERÁ UM CUSTO ANUAL MÉDIO DE $125 PARA OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO. ESTA MEDIDA REDUZ OS DANOS PARA $310. C) AMORTECIMENTO DE CHEIAS. É UMA OBRA MAIS CARA, ESTIMADA EM $ 4400 (50 ANOS, 6% A.A.), ALÉM DE UM CUSTO ANUAL DE $ 130 PARA OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO. A VANTAGEM É QUE O DANO ANUAL MÉDIO CAI PARA $ 150. DETERMINAR: A) A MELHOR OPÇÃO DE ACORDO COM O CRITÉRIO DO CUSTO ANUAL TOTAL + DANOS B) A MELHOR OPÇÃO DE ACORDO COM O CRITÉRIO BENEFÍCIO LÍQUIDO C) A MELHOR OPÇÃO PELO CRITÉRIO BENEFÍCIO / CUSTO D) A TAXA DE RETORNO QUE IGUALA AS ALTERNATIVAS C E A. (RESP.: 4,4%) E) A TAXA DE RETORNO QUE IGUAL AS ALTERNATIVAS C E B (RESP.: 3,3%) SOLUÇÃO: A – CUSTA 500 B – 310 + OBRAS = 474,65 - > 39,65

OBRAS = 625 (A/P; 6%; 50) + 125 = 164,65 C – 150 + OBRAS = 559,15 OBRAS = 4400 (A/P; 6%; 50) + 130 = 409,65

ALT. I CAI O & M CAT DANOS CAT + DANOS

BENEF. B - C B/ C

A - - - - 500 500 0 -500 0 B 625 39,65 125 164,65 310 474,65 190 - 284,65 0,40 C 4400 279,15 130 409,15 150 559,15 350 -209,15 0,625

3) EXISTEM DIFERENTES OPÇÕES PARA MINORAR OS EFEITOS DE ENCHENTES URBANAS, CADA QUAL COM SEUS CUSTOS E BENEFÍCIOS. CONSIDERE O BENEFÍCIO EM CADA OPÇÃO COMO O DECRÉSCIMO DOS DANOS. O QUADRO ABAIXO APRESENTA AS CARACTERÍSTICAS DE CADA OPÇÃO. A) PARA UMA TAXA DE RETORNO DE 5% E AMORTIZAÇÃO IGUAL A 100 ANOS, INDIQUE E JUSTIFIQUE A MELHOR OPÇÃO. B) CONSIDERANDO A VARIÁVEL CUSTO ANUAL TOTAL + DANOS, CALCULE A TAXA DE RETORNO QUE IGUALA AS OPÇÕES A E C, PARA UM PERÍODO DE AMORTIZAÇÃO DE 25 ANOS.



OPÇÃO VALOR PRESENTE

DANO MÉDIO ANUAL

CUSTO ANUAL DE O & M

X ZERO 400.000 ZERO A 500.000 250.000 240.000 B 3.500.000 120.000 360.000 C 4.500.000 50.000 384.000

4) REPETIR O EXERCÍCIO ACIMA PARA AS TAXAS E PERÍODOS DE AMORTIZAÇÃO ABAIXO, TRAÇAR E ANALISAR OS DIVERSOS GRÁFICOS. - I = 2% E N = 100 ANOS. - I = 3,5% E N = 100 ANOS. - I = 2% E N = 25 ANOS - I = 3,5% E N = 25 ANOS - I = 5% E N = 25 ANOS SOLUÇÃO:

OPÇÃO VALOR PRESENTE

DANO MÉDIO ANUAL

CUSTO ANUAL DE O & M

CAI CAT BENEF. B - C B / C

X ZERO 400.000 ZERO 0 0 0 0 0

A 500.000 250.000 240.000 25,191 125,191 150 24,81 1,2

B 3.500.000 120.000 360.000 176,341 280,011 280 -0,011 1

C 4.500.000 50.000 384.000 226,724 318,196 350 31,80 1,1

notas de aula hidrologia nagalli.pdf

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