PRECIPITAÇÕES

A água da atmosfera, que atinge a superfície da terra, na forma de chuva, granizo, neve, orvalho, neblina ou geada é denominada precipitação. No Brasil a chuva é a forma mais importante de precipitação, embora grandes prejuízos possam advir da ocorrência de precipitação na forma de granizo e em alguns locais possa eventualmente nevar.

Em engenharia a forma de precipitação mais comum, e que tem maior interesse é a chuva. A chuva é a principal causa dos processos hidrológicos, e sua quantificação correta é um dos desafios que o hidrólogo ou o engenheiro enfrentam.

A precipitação é a única forma de entrada de água em uma bacia hidrográfica. Assim sendo, ela fornece subsídios para a quantificação do abastecimento de água, irrigação, controle de inundações, erosão do solo, etc., e é fundamental para o adequado dimensionamento de obras hidráulicas, entre outros.

Para que ocorra uma precipitação, a condição básica é a presença de vapor de água na atmosfera. A quantidade de vapor que o ar pode conter é limitada. A quantidade máxima de vapor que pode ser contida no ar sem condensar é a concentração de saturação (o ar a 20º C pode conter uma quantidade máxima de vapor de, aproximadamente, 20 gramas por metro cúbico – quantidades de vapor superiores a este limite acabam condensando). Uma característica muito importante da concentração de saturação é que ela aumenta com o aumento da temperatura do ar.

Assim, o ar mais quente pode conter mais vapor do que ar frio. apresentando a variação da concentração de saturação de vapor no ar com a temperatura. Observa-se que o ar a 10º C pode conter duas vezes mais vapor do que o ar a 0º C.

O ar úmido, mais leve, eleva-se e atinge camadas mais frias da atmosfera. Ao se resfriar, pode chegar ao ponto de saturação, transformando o vapor de água em pequenas gotículas líquidas espalhadas no ar livre em forma de aerosol, constituindo nuvens. A formação das nuvens está ligada ao aumento do volume das gotículas, que flutuam graças às turbulências atmosféricas. O processo de aumento crescimento é possibilitado pela absorção de uma gotícula por outra, por choque entre elas ou pela condensação do vapor de água sobre as próprias gotículas, facilitada pela presença de núcleos de condensação (cristais de gelo, partículas de cloreto de sódio, poeira, resíduos, etc.) que normalmente flutuam no ar. Porém, em certas condições, as gotas das nuvens crescem, atingindo (entre 0,5 e 2 mm)e peso suficiente para vencer as correntes de ar que as sustentam. Nestas condições, a água das nuvens se precipita para a superfície da Terra, na forma de chuva.

Embora os volumes das gotas de chuva são de 105 a 106 vezes maiores que os das gotículas, a condensação de toda a água da nuvem geraria uma chuva imperceptível. É necessário admitir então uma constante alimentação de vapor de água de fora da nuvem por correntes de ar ascendente que conduzem ar quente e úmido e refazem constantemente a nuvem enquanto dura a precipitação.

Chuvisco (neblina ou garoa): precipitação muito fina e de baixa intensidade; Chuva: é a ocorrência da precipitação na forma líquida. A chuva congelada é

a precipitação constituída por gotas de água sobrefundida que congelam instantaneamente quando se chocam contra o solo, formando uma capa de gelo.

Neve: é a precipitação em forma de cristais de gelo que durante a queda coalescem formando blocos de dimensões variáveis;

Saraiva: é a precipitação sob a forma de pequenas pedras de gelo arredondadas com diâmetro de cerca de 5 mm.

Granizo: quando as pedras, redondas ou de forma irregular, atingem grande tamanho (diâmetro ≥ 5mm);

Orvalho: nas noites claras e calmas, os objetos expostos ao ar amanhecem cobertos por gotículas de água. Houve a condensação do vapor de água do ar nos objetos que resfriam durante a noite. O resfriamento noturno geralmente baixa a temperatura até ponto de orvalho; Geada: é a deposição de cristais de gelo, fenômeno semelhante ao da formação de orvalho, mas ocorre quando a temperatura é inferior a 0ºC.

De acordo com as características de localização, intensidade e abrangência, o ar úmido eleva-se sob diferentes condições, e dá origem a três tipos básicos de precipitação:

a. Convectivab. Orográficac. Frontal ou ciclonicas

Quando há pouca circulação de massas de ar, o ar próximo ao solo é aquecido pela radiação emitida e refletida pela superfície terrestre. Esse ar quente, menos denso que o ar circundante, eleva-se na forma de células de conveção. Esse ar se esfria adiabaticamente, até atingir o nível de condensação, gerando nuvens de tipo cúmulos ou cúmulo-nimbus

Esse tipo de precipitação é típico de zonas equatoriais, onde, o movimento do ar é essencialmente vertical. Nas zonas temperadas ocorrem nos períodos quentes, na forma de tormentas de verão, localizadas e violentas (na região sul esse tipo de precipitação também é conhecida como “chuva de verão”). As características principais de uma chuva convectiva são a sua pequena duração, intensidade elevada, atingindo áreas reduzidas; é também esse tipo de precipitação que gera o granizo. Problemas de inundação em áreas urbanas estão, muitas vezes, relacionados às chuvas convectivas

quando os ventos carregados de umidade, soprando normalmente do oceano para o continente, encontram uma barreira montanhosa (por exemplo, a serra do Mar), as massas de ar úmido elevam-se para transpor o obstáculo, resultando num resfriamento que pode alimentar a formação de nuvens e desencadear precipitações.

São localizadas nas encostas montanhosas que olham para o mar e quando os ventos conseguem ultrapassar a barreira montanhosa, do lado oposto projeta-se a sombra pluviométrica, dando lugar a zonas secas ou semi-áridas, causadas pelo ar seco, já que a umidade foi descarregada na encosta oposta. Esse tipo de precipitação geralmente tem ocorrência localizada, podendo atingir grande intensidade.

Quando se encontram duas grandes massas de ar, de diferente temperatura e umidade, o ar mais quente (mais leve e, normalmente, mais úmido) é empurrado para cima, onde atinge temperaturas mais baixas, resultando na condensação do vapor.

As massas de ar que formam as chuvas frontais têm centenas de quilômetros de extensão e movimentam se de forma relativamente lenta, conseqüentemente as chuvas frontais caracterizam-se pela longa duração e por atingirem grandes extensões. No Brasil as chuvas frontais são muito freqüentes na região Sul, atingindo também as regiões Sudeste, Centro Oeste e, por vezes, o Nordeste.

No Brasil a precipitação é convencionalmente medida por meio de aparelhos chamados de pluviômetros ou pluviógrafos. Existe ainda a possibilidade de se medir a precipitação por meio de radar (radares meteorológicos) ou imagens de satélite, mas os erros associados a esses métodos ainda são relativamente grandes. No entanto, pelo fato de apresentarem medidas em um contínuo espacial são excelentes ferramentas, que permitem a análise da distribuição espacial da chuva, ao contrário dos pluviômetros e pluviógrafos, que têm medição de caráter pontual.

O pluviômetro é um aparelho dotado de uma superfície de captação horizontal, delimitada por um anel metálico e de um reservatório para acumular a água recolhida, ligado a essa área de captação. É um aparelho que fornece o total de água acumulado durante um intervalo de tempo.

Em função dos detalhes construtivos, há vários modelos de pluviômetros em uso no mundo. No Brasil é bastante difundido o tipo “Vile de Paris”. Esse pluviômetro tem uma forma cilíndrica com uma área superior de captação da chuva de 400 cm2, de modo que um volume de 40 ml de água acumulado no pluviômetro corresponda a 1 mm de chuva.

A quantidade de chuva que entra no pluviômetro depende da exposição ao vento, da altura do instrumento e da altura dos objetos vizinhos ao aparelho. O efeito do vento altera as trajetórias do ar no espaço circundante ao pluviômetro e causa turbulência nas bordas do instrumento, produzindo erros na observação da chuva. A distância mínima dos obstáculos próximos (prédios, árvores, morros, etc.) deve ser igual a quatro vezes a altura desse obstáculo, devendo o local de instalação estar protegido do impacto direto do vento. O pluviômetro deve ser instalado a uma altura padrão de 1,50 m do solo.

A medição da quantidade da água que cai em uma região é dita pluviometria. Sendo os diversos tipos de precipitação, de um modo geral, medidos indiscriminadamente através do seu equivalente em água pela chamada altura pluviométrica (diz-se que caíram x mm de chuva).

a. perdas por evaporação da água contida no coletor;

b. contagem incorreta do número de provetas resultantes, no caso de chuvas importantes;

c. água derramada durante a transferência do coletor para a proveta;

d. graduação da proveta não correspondente à área da boca do pluviômetro;

e. leitura defeituosa da escala da proveta;f. anotação incorreta dos dados coletados pelo

observador.

Altura pluviométrica (h): é a espessura média da lâmina de água precipitada que recobriria a região atingida pela precipitação admitindo-se que essa água não se infiltra, não evapora, nem escoa para fora dos limites da região. A unidade de medição habitual é o milímetro de chuva.

• Duração (X): é o período de tempo durante o qual a chuva cai. As unidades normalmente utilizadas são o minuto ou a hora.

• Intensidade (i): é a precipitação por unidade de tempo, obtida com a relação i = h/X. Expressa-se normalmente em mm/h ou mm/min. A intensidade de uma precipitação apresenta variabilidade temporal, mas, para a aná lise dos processos hidrológicos, geralmente são definidos intervalos de tempo nos quais é considerada constante.

• Tempo de recorrência (Tr): é interpretado, na análise de alturas pluviométricas (ou intensidades) máximas, como o intervalo médio em número de anos em que se espera que ocorra uma precipitação maior ou igual à analisada.

• Freqüência de probabilidade (F): é o inverso do tempo de recorrência, ou seja, a probabilidade de um fenômeno igual ou superior ao analisado, se apresentar em um ano qualquer (probabilidade anual).

onde: P = a precipitação em mm acumulada no tempo entre as observações, V = o volume de água coletado é medido na proveta em cm³ A = área da abertura superior do aparelho em cm²

Em muitos estudos hidrológicos, previsão de picos de cheia, por exemplo, é indispensável conhecer não somente a altura total de precipitação referente a um determinado período, mas também a intensidade dessas precipitações em cada instante ao longo desse período.

Utiliza-se então um pluviógrafo, também chamado de pluviômetro registrador ou udógrafo, cujo aparelho registrador traça em diagrama a curva das precipitações acumuladas no período.

a) seja qual for o seu tipo, o pluviômetro cria uma perturbação aerodinâmica que modifica mais ou menos o campo das precipitações, originando, na sua vizinhança imediata, turbilhões que afetam a quantidade chuva e sobretudo a neve captada.

b) há poucos locais ao mesmo tempo suficientemente abrigados para reduzir ao mínimo o efeito aerodinâmico acima referido e, entretanto, convenientemente desobstruídos para fornecer uma amostra típica válida da região, seja qual for a direção do vento e da perturbação pluviosa.

c) uma medida de chuva não pode ser nunca repetida. d) a amostra revelada pelo pluviômetro é sempre extraordinariamente

pequena em relação ao conjunto da chuva que nós supomos por ela determinada sobre uma zona sempre muito extensa; ela é tanto menos representativa quanto mais importante for a heterogeneidade espacial da chuva sobre a zona considerada.

1) a boca do pluviômetro deve ficar bem horizontal; na prática podemos estimar em 1% o erro produzido por cada grau de inclinação do pluviômetro sobre a horizontal, desde que ela não exceda 10º ; este erro é positivo quando a inclinação do plano de abertura está dirigida para o vento e negativo no caso contrário.

2) parece (há autores de opinião contrária) que os pluviômetros acusam uma altura de precipitação tanto maior quanto maior for a área de recepção de sua abertura.

3) é a ação do vento, variável em sua velocidade e a situação mais ou menos exposta do pluviômetro, a principal causa de erro na medição das precipitações. O aumento de velocidade do ar e a formação de turbilhões na vizinhança imediata do aparelho tem por conseqüência um desvio local

da trajetória das partículas da chuva ou de neve que ocasiona um erro por defeito na altura da precipitações medidas. O erro é tanto maior quanto maior for a velocidade do vento e menor a velocidade de queda das gotas de água ou flocos de neve.

Os dados pluviométricos são atualmente registrados, armazenados e apresentados em forma de tabelas e/ou de bancos de dados.

Para maior facilidade de comparação desses dados, recorre-se a representações gráficas.

Uma análise pluviométrica decorre ao longo do tempo em determinada região. Portanto, tem se que utilizar duas espécies de representações gráficas: uma temporal, relativa à evolução pluviométrica em um mesmo ponto (posto); outra espacial, dando-nos a noção de como varia, de ponto a ponto da região, ou seja, a pluviometria relativa a um dado intervalo de tempo.

HIETOGRAMA: relaciona intensidade média de precipitação com o tempo. Representando em

abcissa os tempos, divididos em intervalos iguais ao período de observação pluviométrica. Desenha-se retângulos de área proporcional às alturas de precipitação correspondentes a esses intervalos para obter, assim, um diagrama com o aspecto igual ilustrado a seguir, ao qual se dá o nome de hietograma.

Sendo i = dh/dt = i(t) a função correspondente ao hietograma (designando por i a intensidade e h a altura de precipitação), a curva de precipitação acumulada se definirá por :

Portanto ela nos dá, para cada valor de tempo, a altura de precipitação caída desde a origem dos tempos até esse momento. Veja o exemplo a seguir

A variação em dada região, da pluviométria relativa a um determinado período de tempo representa-se habitualmente por mapas dessa mesma região, ou cartas pluviométricas. Elas nos dão portanto uma idéia de conjunto sobre a repartição das chuvas nesse território durante o período em causa. Normalmente este período é de um ou mais anos, sendo no segundo caso habitual trabalhar-se com os valores médios das precipitações anuais.

As isoietas são linhas que representam a distribuição pluviométrica de uma região, através de curvas de igual precipitação. Este meio de representação pluviométrica é inteiramente análogo ao da representação topográfica. A seguir mostra-se as isoietas para uma bacia hidrográfica teórica