unidade 2 - caracterÍsticas do...

UNIDADE 2 - CARACTERÍSTICAS DO

MONITORAMENTO

1 O conteúdo deste material pode ser reproduzido desde que citada a fonte.

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS........................................................................................

LISTA DE TABELAS.......................................................................................

1 COLETA DE DADOS DE PRECIPITAÇÃO (CHUVA)..................................

1.1 Pluviômetros...............................................................................................

1.2 Pluviógrafos................................................................................................

1.3 Radares Meteorológicos............................................................................

1.4 Satélite.......................................................................................................

2 COLETA DE DADOS DE NÍVEIS DOS CURSOS D'ÁGUA E DESCARGA

LÍQUIDA (VAZÃO)..........................................................................................

2.1 Volumétrico................................................................................................

2.2 Calhas Parshall..........................................................................................

2.3 Vertedor.....................................................................................................

2.4 Ultrassônico...............................................................................................

2.5 Eletromagnético.........................................................................................

2.6 Colorimétrico ou radioativo........................................................................

2.7 Molinete.....................................................................................................

2.8 Medição do Nível d’água...........................................................................

3 COLETA DE DADOS DE DESCARGA SÓLIDA..........................................

3.1 Técnicas de amostragem...........................................................................

4 COLETA DE DADOS DE QUALIDADE DA ÁGUA......................................

5 TÉCNICA DE ANÁLISE DE DADOS DE PRECIPITAÇÕES, NÍVEIS E

DESCARGA LÍQUIDA......................................................................................

6 ANÁLISE DE CONSISTÊNCIA DE SÉRIES PLUVIOMÉTRICAS...............

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Pluviômetro “Ville de Paris”

Figura 2 – Altura do pluviômetro

Figura 3 - Proveta Pluviométrica

Figura 4 – Pluviógrafo de báscula

Figura 5 – Estimativa de chuva usando radar

Figura 6 – Estimativa de chuva através de imagem de satélite

Figura 7 – Calha Parshall ilustrando as condições de afogamento e saída livre

Figura 8 – Calha ParshallFigura

9 – Vertedor triangular para medição de vazão em pequenos cursos d’água

Figura 10 – Vertedor triangular com soleira delgada em ângulo de 90º

Figura 11– Vertedor trapezoidal (Cipoletti)

Figura 12 – Vertedor retangular

Figura 13 – Esquema Emissor-receptor de ultra-som

Figura 14 – Medidor de vazão ultrassônico baseado no efeito Doppler.

Figura 15 – Esquema de instalação e réguas na margem do rio

Figura 16 – Limnígrafo de boia

Figura 17 – Sensor de pressão

Figura 18 – Gravação contínua em papel

Figura 19 – Distribuição da velocidade da corrente, concentração de sedimentos e da

descarga sólida em suspensão na seção transversal

Figura 20 – Garrafa de amostragem indicando níveis a serem obedecidos

Figura 21 – Exemplo de amostragem pelo método de igual incremento de largura

Figura 22 - Curvas Médias de Variação de Qualidade das Águas

Figura 23 – Análise de Dupla Massa – Sem inconsistências

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Valores de n e K para determinar a vazão

Tabela 2 – Métodos de medição de carga sólida

Tabela 3 – Parâmetros do Índice de Qualidade das Águas (IQA) e respectivos pesos

Tabela 4 – Classificação dos valores do Índice de Qualidade das Águas

Tabela 5 – Calcular Precipitação


1 COLETA DE DADOS DE PRECIPITAÇÃO (CHUVA)

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 (TASSI

et al., 2007). 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, na qual a medição é

de caráter pontual.

Segundo Varejão-Silva (2005) denomina-se pluviometria (do latim pluvia, que

significa chuva) à quantificação das precipitações. Em se tratando de precipitações

sólidas (neve, por exemplo) essa quantificação é feita provocando-se antes a fusão

do gelo.

A quantidade de precipitação é normalmente expressa em termos da espessura da

camada d’água que se formaria sobre uma superfície horizontal, plana e

impermeável, com 1m2 de área. A unidade adotada é o milímetro, que equivale à

queda de um litro de água por metro quadrado da projeção da superfície terrestre.

Assim,

1 litro/m2 = 1 dcm3/100 dcm2 = 0,1 cm = 1 mm.

Uma precipitação de 50 mm equivale à queda de 50 litros de água por metro

quadrado de projeção do terreno (500.000 litros por hectare).

A precipitação é ainda caracterizada por sua duração (diferença de tempo entre os

instantes de início e término) e por sua intensidade, definida como a quantidade de

água caída por unidade de tempo e usualmente expressa em mm por hora (mm/h)

(VAREJÃO-SILVA, 2005, p. 405).


1.1 Pluviômetros

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 (TASSI et al., 2007).

Em função dos detalhes construtivos, há vários modelos de pluviômetros usados no

mundo. No Brasil é bastante utilizado o tipo “Ville de Paris” (Figura 1). 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.

Figura 1 - Pluviômetro “Ville de Paris”

Fonte: Disponível em: http://www.cchla.ufrn.br/estacao/index/fotos.html

Ainda segundo Tassi et al. (2007) 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.


http://www.cchla.ufrn.br/estacao/index/fotos.html

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 de 1,50 m do solo (Figura 2).

Figura 2 – Altura do pluviômetro

Fonte: disponível em: http://www.observatorio-phoenix.org/k_ensaios/24_k16_a.htm

Nos pluviômetros da rede de observação mantida pela Agência Nacional de Águas

(ANA) a medição da chuva é realizada uma vez por dia, sempre às 7h da manhã,

por um observador que anota o valor lido em uma caderneta (TASSI et al., 2007).

Normalmente, segundo Tassi et al. (2007) durante o processo de monitoramento e

operação do instrumento podem ocorrer alguns erros que devem ser minimizados:

• Perdas por evaporação da água contida no coletor;

• Contagem incorreta do número de provetas resultantes, no caso de chuvas

importantes;

• Água derramada durante a transferência do coletor para a proveta;


http://www.observatorio-phoenix.org/k_ensaios/24_k16_a.htm

• Graduação da proveta não correspondente à área da boca do pluviômetro;

• Leitura defeituosa da escala da proveta;

• Anotação incorreta na caderneta do observador.

Os pluviômetros possuem reservatórios normalmente capazes de acumular a

precipitação ocorrida durante 24 horas, exceto sob situações de excepcional

abundância de chuva.

Para quantificar a água acumulada em um pluviômetro existem basicamente três

processos: usar uma proveta especialmente graduada, uma régua, ou uma balança.

Uma proveta capaz de indicar a quantidade de água acumulada em um dado

pluviômetro, diretamente em milímetros de precipitação, chama-se proveta

pluviométrica (Figura 3). A graduação da escala dessa proveta leva em conta sua

área de secção reta, bem como a do coletor do pluviômetro. Assim, uma dada

proveta pluviométrica somente pode ser usada em instrumentos que tenham área

de captação igual àquela considerada para definir a sua escala (VAREJÃO-SILVA,

2005).

Figura 3 - Proveta Pluviométrica

Fonte: disponível em: http://imageshack.us/photo/my-images/706/proveta.png/


http://imageshack.us/photo/my-images/706/proveta.png/

Para efetuar a determinação da precipitação, a água acumulada no reservatório do

pluviômetro deve ser previamente transferida à proveta. Faz-se a leitura da

quantidade indicada pela coluna de água dentro da proveta sobre a escala, usando

como referência o plano tangente ao menisco da coluna líquida, mantendo-se a

proveta perfeitamente a prumo.

Uma régua pluviométrica é uma escala que se mergulha verticalmente no vasilhame

contendo a água oriunda do pluviômetro. As réguas pluviométricas são

confeccionadas em material de baixa capilaridade. Segundo Varejão-Silva (2005) na

graduação da escala de uma régua pluviométrica são levadas em conta as áreas

das secções retas do vasilhame (π r2), da própria régua (s) e do coletor (π R2). A

distância (h) entre os dois traços consecutivos da escala, equivalentes à variação de

1 mm de precipitação, será:

Equação – Distância entre as escalas

h=πR2 / (πr 2−s ) .

O terceiro método de se quantificar a precipitação é por pesagem da água coletada.

Ainda que muito mais exato, tem o inconveniente de exigir uma balança de precisão.

1.2 Pluviógrafos

São aparelhos que registram em gráfico o total de precipitação acumulada ao longo

do tempo, imprescindíveis para estudos de precipitação de curta duração.

Tanto os pluviômetros quanto os pluviógrafos, costumam ter superfície receptora

circular com área entre 200 e 500 cm2 e são geralmente instalados a 1,50 m do solo.

Devem ser instalados de tal forma que não sofram influências de árvores, prédios ou

outros obstáculos.


O pluviógrafo (Figura 4) permite um monitoramento contínuo; originalmente eram

mecânicos, utilizavam uma balança para quantificar a água e um papel para registrar

o total precipitado. Os pluviógrafos antigos com registro em papel foram

substituídos, nos últimos anos, por pluviógrafos eletrônicos com memória

(data-logger) (TASSI et al., 2007).

Figura 4 – Pluviógrafo de báscula

Fonte: Tassi et al., 2007.

O pluviógrafo mais comum atualmente é o de cubas basculantes, em que a água

recolhida é dirigida para um conjunto de duas cubas articuladas por um eixo central.

A água inicialmente é dirigida para uma das cubas e quando esta cuba recebe uma

quantidade de água equivalente a 20 g, aproximadamente, o conjunto báscula em

torno do eixo, a cuba cheia esvazia e a cuba vazia começa a receber água. Cada

movimento das cubas basculantes equivale a uma lâmina precipitada (por exemplo,

0,30 mm), e o aparelho registra o número de movimentos e o tempo em que ocorre

cada movimento.


1.3 Radares Meteorológicos

Conforme anunciado anteriormente, os radares meteorológicos também podem

medir a chuva, e esta medição está baseada na emissão de pulsos de radiação

eletromagnética, que são refletidos pelas partículas de chuva na atmosfera, e na

medição da intensidade do sinal refletido (Figura 5). A relação entre a intensidade do

sinal enviado e recebido, chamado refletividade, é correlacionada à intensidade de

chuva em cada instante e dentro de um raio de até 200 km.

Figura 5 – Estimativa de chuva usando radar

Fonte: Tassi et al,. 2007.

No Brasil são poucos os radares para uso meteorológico. No estado de São de

Paulo é que existem alguns em operação. Em alguns países desenvolvidos como

Estados Unidos, Inglaterra e Alemanha a cobertura por radares para estimar a

chuva, é completa (TASSI et al., 2007).

1.4 Satélite

Também é possível fazer estimativas da precipitação a partir de imagens capturadas

por sensores instalados em satélites (Figura 6). A temperatura do topo das nuvens,

que pode ser estimada a partir de satélites, tem uma boa correlação com a


precipitação (quanto mais quente a nuvem mais água ela contém). Além disso,

existem experimentos de radares a bordo de satélites que permitem melhorar a

estimativa baseada em dados de temperatura de topo de nuvem (TASSI et al.,

2007).

Figura 6 – Estimativa de chuva através de imagem de satélite

Fonte: Tassi et al.,2007.


2 COLETA DE DADOS DE NÍVEIS DOS CURSOS D'ÁGUA E DESCARGA

LÍQUIDA (VAZÃO)

No planejamento e gerenciamento do uso dos recursos hídricos, o conhecimento

das vazões é necessário para se fazer um balanço de disponibilidades e demandas

ao longo do tempo.

Periodicamente são feitas medições de vazão em determinadas seções dos cursos

d’água (as estações ou postos fluviométricos). Diariamente ou de forma contínua

medem-se os níveis d’água nos rios e esses valores são transformados em vazão

através de uma equação chamada de curva-chave (PORTO et al., 2001).

Curva-chave é uma relação nível-vazão numa determinada seção do rio. Dado o

nível do rio na seção para a qual a expressão foi desenvolvida, obtém-se a vazão.

Não é apenas o nível da água que influencia a vazão: a declividade do rio e a forma

da seção (mais estreita ou mais larga) também alteram a vazão, ainda que o nível

seja o mesmo.

Entretanto, tais variáveis são razoavelmente constantes ao longo do tempo para

uma determinada seção. A única variável temporal é o nível. Assim, uma vez

calibrada tal expressão, a monitoração da vazão do rio no tempo fica muito mais

simples e com o custo muito menor (PORTO et al., 2001).

A expressão da curva-chave poder ser obtida através da medição de vazão em

diversos níveis. Tais pares de pontos podem ser interpolados, definindo a expressão

matemática da curva-chave.

As medições de vazão podem ser realizadas de diversas formas, que empregam

princípios distintos: volumétrico, colorimétrico, estruturas hidráulicas (calhas e

vertedores), velocimétrico, acústico e eletromagnético. A escolha do método

dependerá das condições disponíveis em cada caso. Cada um destes métodos será


apresentado a seguir.

2.1 Volumétrico

Este método é baseado no conceito volumétrico de vazão, isto é, vazão é o volume

que passa por uma determinada seção de controle por unidade de tempo.

É utilizado um dispositivo para concentrar todo o fluxo em um recipiente de volume

conhecido. Mede-se o tempo de preenchimento total do recipiente. Este processo é

limitado a pequenas vazões, em geral pequenas fontes d’água, minas e canais de

irrigação (PORTO et al., 2001).

2.2 Calhas Parshall

As calhas Parshall são igualmente como os vertedores, estruturas construídas no

curso d’água e possuem sua própria “curva-chave”. Assim, a determinação de vazão

a partir do nível é direta para a seção onde a mesma está instalada. No entanto, se

não há ondas de cheia propagando pelo canal, a vazão que passa pela calha é a

mesma que passa por qualquer outra seção do rio. Pode-se então gerar a

curva-chave para outras seções de interesse medindo o nível da água em tais

seções e relacionando-os com a vazão medida pela calha ou vertedor (PORTO et

al., 2001).

O método (calha ou vertedor) se aplica a escoamento sob regime fluvial. Isto

consiste em forçar a mudança deste comportamento para o regime torrencial,

medindo-se a profundidade crítica.

No caso da calha, tal mudança é condicionada por um estreitamento da seção

conforme ilustrado abaixo nas Figuras 7 e 8.


Figura 7 – Calha Parshall ilustrando as condições de afogamento e saída livre

Fonte: Porto et al., 2001.

Figura 8 – Calha Parshall



Assim, com o conhecimento do nível da água na região da profundidade crítica

obtêm-se a vazão do canal, uma vez que a forma da seção da calha e a cota do

fundo são conhecidas. Se a saída de jusante se dá de forma livre (sem afogamento),

a vazão pode ser assim definida:

Equação – Vazão

QL=K .H n

Onde:

QL = vazão do canal;

H = profundidade crítica;

K e n = constantes que dependem das características da calha.

Conforme a Tabela 1 com valores de K e n para diversos padrões.

Tabela 1 - Valores de n e K para determinar a vazão

Valores de n- K (para vazão em m3/h)W N

K(inch) (mm)

1” 25,4 1,550 217,292” 50,8 1,550 434,583” 76,2 1,547 633,606” 152,4 1,580 1371,609” 228,6 1,530 1926,0012” 304,8 1,522 2484,0018” 457,2 1,538 3794,4024” 609,6 1,550 5133,6036” 914,4 1,556 7855,2048” 1219,2 1,578 10566,0060” 1524,0 1,587 13420,8072” 1828,8 1,595 16254,0084” 2133,6 1,601 19101,6096” 2438,4 1,606 21963,60

Fonte: Norma ASTM 1941:1975.


Caso a saída da água do canal se dá sob afogamento, forma-se um ressalto

hidráulico e a vazão calculada pela expressão acima precisa ser corrigida:

Equação – Correção de vazão

QA=QL .C

Onde:

QA = vazão do canal:

C = coeficiente de redução:

As calhas Parshall não interferem no escoamento (como ocorre com os vertedores,

ao provocarem o remanso), mas apresentam um forte limitante: sua viabilidade está

restrita a pequenos canais (PORTO et al., 2001).

2.3 Vertedor

Este dispositivo também se baseia na determinação da vazão a partir da medição

do nível d’água. Existem diversos modelos de vertedores com diferentes curvas que

relacionam o nível d’água com a respectiva vazão.

• Vertedores de soleira delgada

São composições hidráulicas que forçam o escoamento a passar do regime

subcrítico (lento) para o regime supercrítico (rápido), para as quais a relação entre a

cota e vazão é conhecida. Dessa forma, o nível de água medido a montante com

uma régua pode ser utilizado para estimar diretamente a vazão (Figura 9).


Figura 9 – Vertedor triangular para medição de vazão em pequenos cursos d’água

Fonte: Collischonn, 2011

Um vertedor triangular de soleira delgada com ângulo de 90° (Figura 10), por

exemplo, tem uma relação entre cota e vazão, que pode ser verificada pela seguinte

equação:

Equação – Vazão vertedor triangular

Q=1,42.h2,5

Onde:

Q = vazão (m³/s);

h = carga hidráulica (m) sobre o vertedor que é a distância do vértice ao nível da

água, medido a montante do vertedor.

A relação entre a cota e a vazão de um rio pode ser utilizada diretamente, porém

sugere-se que na maioria dos casos seja realizada a verificação em laboratório.


Figura 10 – Vertedor triangular com soleira delgada em ângulo de 90º

Fonte: Collischonn, 2011

No caso de abertura trapezoidal, a forma que têm os lados com inclinação 4:1

(indicador de declividade dos taludes -1 unidade na horizontal e 4 unidades na

vertical) é conhecida como vertedor Cipoletti (Figura 11).

Figura 11– Vertedor trapezoidal (Cipoletti)

Fonte: Pereira e Mello

A dedução da equação de vazão parte da equação de Francis para vertedores com

duas contrações laterais e que fornece:

Equação – Equação de Francis – vertedores com duas contrações laterais

Q=1,861. L .h32

Onde:

Q = vazão (m³/s);

L = comprimento da soleira (m);


h = carga hidráulica (m).

Além dos vertedores já apresentados, existem também os retangulares (Figura 12).

A equação para determinação de vazão de vertedores retangulares mais utilizada é

a proposta por Francis, pois é simples e oferece bons resultados.

Figura 12 – Vertedor retangular

Fonte: Pereira e Mello

• Equação de Francis para vertedores retangulares:

Equação – Equação de Francis – vertedores retangulares

Q=1,838. L .h32

Onde:

Q = vazão (m³/s);

L = comprimento da soleira (m);

h = carga hidráulica (m).

2.4 Ultrassônico

Dois aparelhos emissor-receptores de ultrassom são dispostos de forma a emitirem


pulsos de cerca de 4MHz na direção do fluxo de água. De montante para jusante a

propagação do pulso é favorecida pelo fluxo de água, tendo a velocidade “v”

acrescida à sua velocidade de propagação neste meio fluido. No sentido oposto,

ocorre o contrário, conforme (Figura 13). Assim, como os dois pulsos são produzidos

simultaneamente aparece uma defasagem no tempo de recepção (PORTO et al.,

2001).

Equação – Velocidade “v”

v=c2 .∆T

2 . l

Onde:

∆T = diferença de tempo entre a recepção dos pulsos;

C = velocidade de propagação do som no fluido;

L = distância entre os emissor-receptores;

V = velocidade do escoamento na linha que liga os dois aparelhos;

Figura 13 – Esquema Emissor-receptor de ultra-som

Fonte: Porto et al., 2001, p.12.

O aparelho da Figura 14 fundamenta-se em outro princípio, o efeito Doppler.


Figura 14 – Medidor de vazão ultrassônico baseado no efeito Doppler.


Este medidor possui emissores e receptores apontados para diversas direções. O

pulso de ultrassom emitido pelo aparelho é refletido por partículas presentes na

água. Portanto, o pulso refletido por uma partícula que caminha ao encontro do

aparelho é captado por este com frequência maior à que foi emitida.

Por outro lado, o pulso refletido por uma partícula que se afasta do equipamento

chega com velocidade e frequência menores que as emitidas. Com base nesta

diferença de frequência produzida pelo efeito Doppler, o aparelho calcula

diretamente a vazão do rio. Este equipamento possui um alcance de mais de 22 m e

é bastante utilizado para monitorar a vazão de forma permanente, sendo fixado, por

exemplo, em pilares de pontes (PORTO et al., 2001).

2.5 Eletromagnético

O princípio eletromagnético do método produz o perfil de velocidades do

escoamento. Assim, com o perfil da seção do rio pode se calcular sua vazão.

Um aparelho gera um campo magnético na água. Os íons presentes na água

(concentração conhecida) movem-se com a velocidade da mesma e alteram o

campo magnético que foi produzido. Tal perturbação é medida, fornecendo


indiretamente a velocidade com que as partículas carregadas passaram pelo campo

(PORTO et al., 2001).

2.6 Colorimétrico ou radioativo

Existem situações nas quais a aplicação dos métodos anteriores é inviável ou até

mesmo impossível. Por exemplo:

• Escoamentos com velocidades altas, muita turbulência e leito irregular, como rios

de montanhas;

• Perigos devido a transporte de grandes sólidos, como troncos de árvores, ou

ainda presença de cachoeiras, etc.

Em situações como estas, pode-se utilizar uma técnica interessante, baseada na

diluição de um produto químico (ex: corante) de concentração conhecida, aplicado

ininterruptamente numa determinada seção do rio. Numa seção a jusante (o

escoamento deve ser suficientemente turbulento para provocar a total diluição),

mede-se a concentração deste produto.

Segundo Porto et al., (2001), a medição é feita depois de estabelecido o regime

permanente, ou seja, têm-se ao mesmo tempo aplicação do traçador (solução

química com vazão conhecida) na seção 1 e medição desta solução diluída na

seção 2 a jusante.

A vazão pode então ser assim definida:

Equação – Vazão

q .C1=(Q+q ) .C 2

Onde:

q = vazão do produto traçador;

Q = vazão do rio;


C1 = concentração inicial do traçador;

C2 = concentração após total diluição no rio.

O produto químico utilizado como traçador não deve reagir com impurezas

existentes na água do rio e muito menos se prejudicial à fauna ou à flora. Caso seja

radioativo, deve-se corrigir o efeito do decaimento no tempo (PORTO et al., 2001).

2.7 Molinete

Molinetes: são aparelhos que permitem, desde que bem aferidos, o cálculo da

velocidade mediante a medida do tempo necessário para uma hélice ou concha 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 (ou outro número

qualquer) voltas realizadas. Marca-se o tempo decorrido entre alguns toques, de

forma a se ter o número de rotações por segundo (n). Cada molinete, quando

tarado, recebe a sua curva V = a.n+b, onde “n” tem um significado acima visto e “a”

e “b” são constantes do aparelho, o que permite o calculo da velocidade V (m/s) em

cada ponto considerado (Pinto, 1976).

2.8 Medição do Nível d’água

O nível d’água deve ser medido simultaneamente com a medição vazão na

operação de determinação da curva-chave, a fim de se obter os pares de pontos

cota-descarga a serem interpolados. Uma vez definida a curva-chave, precisamos

monitorar apenas o nível d’água para obtermos a vazão do rio. O sufixo grafo é

aplicado quando o monitoramento do nível se dá de forma contínua ao longo do

tempo, sendo os registros realizados em papel ou data-logger. O sufixo metro é

aplicado a métodos que fazem a verificação do nível em intervalos discretos de

tempo, como a leitura da régua por um operador (PORTO et al., 2001).


• Régua (limnímetro)

A forma mais simples para medir o nível de um curso d’água é colocar uma régua

vertical na água e observar sua marcação. As réguas na maioria das vezes são

constituídas de elementos verticais de 1 metro graduados em centímetro. São

placas de metal inoxidável ou de madeira colocadas de modo que o elemento

inferior fique na água mesmo em caso de estiagem excepcional conforme a (Figura

15).

Figura 15 – Esquema de instalação e réguas na margem do rio


A leitura de cotas é feita pelo observador com uma frequência definida pelo órgão

operador da estação, pelo menos uma vez por dia. Normalmente a precisão destas

observações é da ordem de centímetros.

• Limnígrafo

Segundo Porto et al., (2001), este equipamento grava as variações de nível

continuamente no tempo. Isto permite registrar eventos significativos de curta

duração ocorrendo essencialmente em pequenas bacias.

É possível classificar os tipos de limnígrafos segundo as quatro etapas da aquisição:

medição, transmissão de sinal, gravação e transmissão do registro.


Quanto à medição:

Boia flutuante (Figura 16);

Figura 16 – Limnígrafo de boia


Sensor de pressão a gás, que possui uma membrana que separa o gás do interior

da célula da água do leito do rio. Tal membrana se deforma em função da coluna

d’água existente sobre ela, induzindo uma determinada pressão no gás, que é

constantemente monitorada (Figura 17).


Figura 17 – Sensor de pressão


Borbulhador, que emprega um princípio parecido com o do sensor de pressão a gás.

A coluna d’água sobre o bico injetor é obtida a partir da pressão necessária para que

as bolhas de ar comecem a sair.

Sensor eletrônico (ou transdutor de pressão), que também se baseia na deformação

de uma membrana, percebida eletronicamente;

Ultrassônico, aparelho posicionado fora da água num suporte, emitindo

constantemente pulsos de ultrassom contra a superfície do rio (PORTO et al., 2001).

• Quanto à transmissão do sinal:

Mecânica, (pena ou codificador colocado na ponta de uma alavanca tipo “rosca sem

fim” movimentada com cabo e roldana) com sistema de redução da amplitude do

sinal em uma escala definida (1:1, 1:2, etc, sendo 1:10 a mais comum). O

mecanismo de rosca sem fim permite que se registrem níveis d’água quaisquer sem

a necessidade de se alterar a dimensão do limnígrafo. Quando o cursor (“pena”)

atinge o final do curso, seu trajeto é revertido. No gráfico do limnigrama (NA x

tempo) esta reversão aparecerá como um ponto anguloso.


Eletrônica (cálculo e digitalização do sinal transmitido pelo sensor).

Quanto à gravação

Em suporte de papel, que pode ser: fita colocada em volta de um tambor com

rotação de uma hora a 1 mês; (Figura 18).

Figura 18 – Gravação contínua em papel


• Memorizada em suporte eletrônico (data-logger);

Transmitida em tempo real para uma central de operação.


3 COLETA DE DADOS DE DESCARGA SÓLIDA

O ciclo hidrossedimentológico ocorre paralelamente ao ciclo hidrológico nas bacias

hidrográficas, pois é dependente do ciclo hidrológico nos processos de

deslocamento, transporte e depósito de partículas sólidas presentes na superfície da

bacia hidrográfica.

A produção de sedimentos na área de drenagem é afetada pelos seguintes fatores:

a precipitação, tipo de solo e formação geológica, cobertura do solo, uso do solo,

topografia, natureza da rede de drenagem, escoamento superficial, características

dos sedimentos e hidráulica dos canais.

A quantidade medida do sedimento transportado pelos cursos d’água é chamada

sedimentometria.

Segundo Carvalho et al., (2000), existem diversos métodos em sedimentometria,

que podem ser classificados como métodos diretos e indiretos. No nosso país a

sedimentometria tem sido realizada por amostragem de sedimento, análise no

laboratório e cálculos de obtenção da descarga sólida, sendo este procedimento

considerado um dos métodos indiretos.

A seguir serão apresentados os métodos de medição de carga sólida

simplificadamente na Tabela 2.


Tabela 2 – Métodos de medição de carga sólida

Descarga

SólidaMedição Descrição

Equipamentos ou

metodologia de

medidaDescarga

Sólida em

Suspensão

Direta

Usa

equipamentos

que medem

diretamente

no curso d'

água a

concentração

ou outra

grandeza

como a

turbidez ou

ultrassom.

Medidor Nuclear

(portátil ou Fixo);

Ultrassônico ótico;

Ultrassônico

Doppler de

dispersão;

Turbidímetro;

ADCP (Doppler)

Indireta Coleta de

sedimento por

amostragem

da mistura

água-sedimen

to, análise de

concentração

e

granulometria

e cálculos

posteriores de

descarga

sólida.

Diversos tipos de

equipamentos: de

bombeamento,

equipamentos que

usam garrafas ou

sacas, sendo

pontuais

instantâneos,

pontuais por

integração e

integradores na

vertical (no Brasil

usa-se


principalmente a

série

norte-americana -

U-59, DH-48,

DH-59, D-49, P-61

e amostrador de

saca).

Descarga


Equipamentos ou

metodologia de

medidaDescarga

Sólida de

Arrasto

Direta Amostradores ou

medidores

portáteis de

três tipos

principais (a

amostra é

coletada em

diversos

pontos da

seção

transversal,

determinada

o seu peso

seco, a

granulometria

é calculada a

descarga de

1) Cesta ou caixa -

medidores

Muhlhofer,

Ehrenberger, da

Autoridade Suiça e

outros;

2) Bandeja ou tanque -

medidores

Losiebsky,

Polyakov, SRIHH e

outros 3)

Diferença de

pressão -

medidores

Helly-Smith,

Arnhem, Sphinx, do

USCE, Karolyi, do


arrasto); o

medidor fica

apoiado no

leito entre 2

min. a 2

horas de tal

forma a

receber no

receptor 30 a

50% de sua

capacidade.

PRI, Yangtze,

Yangtze-78 VUV e

outros

Indireta Coleta de

material do

leito, análise

granulométric

a, medida da

declividade,

da

temperatura,

parâmetros

hidráulicos e

cálculos da

descarga de

arrasto e de

material do

leito por

fórmulas (de

Ackers e

Tipos de equipamento:

1) De penetração

horizontal, tipos

caçamba de

dragagem e de

concha.

2) De penetração

vertical, tipos de

tubo vertical,

caçamba de

raspagem,

caçamba de

escavação e

escavação de

pedregulho.

3) Tipo piston-core

que retém a


White, Colby,

Einstein,

Engelund e

Hansen,

Kalinske,

Laursen,

Meyer-Peter

e Muller,

Rottner,

Schoklitsch,

Toffaleti, Yang

e outras).

amostra por vácuo

parcial.

Descarga


Equipamentos ou

metodologia de

medidaDescarga Sólida

de Arrasto

Indireta 1) Traçadores

radioativos

2) Traçadores

de diluição,

sendo ambos

os métodos

com a

colocação do

traçador no

sedimento e

seu

Métodos:

1) Por coloração

direta do traçador

no sedimento do

leito do rio

2) Por coleta do

sedimento,

colocação do

traçador no

sedimento e seu

retorno ao leito.


acompanham

ento com

equipamento

apropriado (o

traçador deve

ser escolhido

de tal forma a

não poluir o

meio

ambiente).

Método acústico -

utilizado para

pedras que se

chocam no

medidor.

(Pouco eficiente)

Descarga Sólida

Total

Direta Uso de estruturas

tipo blocos,

no leito, para

provocar

turbulência e

todo o

sedimento

Faz-se amostragem

do sedimento e

calcula-se como

descarga em

suspensão.


fica sem

suspensão.

Descarga


Equipamentos ou

metodologia de

medidaDescarga Sólida

Total

Indireta Coleta de material

em suspensão

e do leito,

análise de

concentração,

análise

granulométric

a, medida de

temperatura,

parâmetros

hidráulicos e

cálculo da

descarga total

- método

modificado de

Einstein e

método

simplificado

de Colby.

Diversos tipos de

equipamentos: de

bombeamento,

equipamentos

que usam

garrafas ou

sacas, sendo

pontuais

instantâneos,

pontuais por

integração e

integradores na

vertical (no Brasil

usa-se

principalmente a

série

norte-americana -

U-59, DH-48,

DH-59, D-49,


P-61 e

amostrador de

saca).

Fonte: Carvalho et al., 2000, p.18.

Os equipamentos de medida ou de amostragem em suspensão podem ser

classificados em vários tipos, conforme disposto por (Carvalho et al., 2000):

• Instantâneos ou integradores;

• Portáteis ou fixos;

• De bocal ou com bico;

• Instantâneos pontuais, pontuais por integração e por integração na vertical;

• Amostrador de tubo horizontal, de garrafa, de saca compressível, de

bombeamento, de integração, fotoelétrico, nuclear, ultrassônico ótico,

ultrassônico de dispersão e ultrassônico Doppler;

• Os equipamentos também podem ser classificados pela orientação de seus

bicos ou bocais como na direção da corrente ou em 90º com a corrente.

3.1 Técnicas de amostragem

• Amostragem do material em suspensão

Os métodos ou técnicas de amostragem são: pontual instantâneo, pontual por

integração e integração na vertical ou em profundidade.

Para Carvalho et al., (2000), as amostragens pontuais são empregadas somente em


trabalhos específicos ou científicos, sendo a mais rotineira a integração na

vertical, porque permite a obtenção da concentração e da granulometria média

na vertical. Na amostragem por integração a amostra é coletada em um certo

tempo, normalmente superior a 10s, o que permite a determinação da

concentração média mais significativa do que a pontual instantânea.

A obtenção de valores médios em toda a seção é realizada através da amostragem

em várias verticais, uma vez que a distribuição de sedimentos é variável em

toda a largura do rio e em profundidade, conforme mostra a Figura 19.

Figura 19 – Distribuição da velocidade da corrente, concentração de sedimentos e da

descarga sólida em suspensão na seção transversal

Fonte: Guy et al., 1970 apud Carvalho et al., 2000.

Recomenda-se não fazer amostragens em locais de águas paradas, devendo-se

considerar somente a largura de água corrente. Tente não realizar amostragens


atrás de bancos de areia e pilares de pontes.

Também é recomendado medir a temperatura da água para aquisição da

viscosidade cinemática, que é utilizada em diversas fórmulas de transporte de

sedimento. Para que a aquisição do dado seja correta, o termômetro deve ser

mergulhado completamente na água até que a temperatura se regularize, realizando

a leitura quase na superfície, na horizontal, sem retirá-lo da água.

Segundo Carvalho et al., (2000), além da necessidade de fazer amostragens em

verticais ao longo de toda a seção transversal, tanto em largura quanto em

profundidade, deve-se ter cuidado para coletar amostras em quantidade suficiente

,para que sejam realizadas análises com a precisão desejada.

Para o sedimento em suspensão deve-se fazer a sua análise de concentração e se

necessário também de granulometria. Fatores como quantidade e características dos

sedimentos, bem como qualidades químicas de componentes contidos na água

influenciam o processamento das amostras. Para não ocorrer erros de pesagem

deve-se ter cuidado para que as amostras possuam a quantidade de sedimento

necessário para oferecer condição de boa análise e com precisão desejada. Se as

amostras contêm grandes quantidades de sedimento, requerem bipartição da

amostra para não causar problemas de pesagem, ambos conduzindo a erros

indesejáveis.

• Amostragem por integração na vertical

Para Carvalho et al., (2000), a amostragem por integração na vertical pode ser

realizada em um só sentido ou em dois, de descida e subida. Faz-se em um só

sentido apenas quando se controla a entrada da amostra por abertura e fechamento

de válvula, como no caso do amostrador P-61. Os equipamentos DH-48, DH-59,

D-49, amostrador de saca e outros só permitem a amostragem em dois sentidos.


Neste tipo de amostragem por integração na vertical, a mistura água-sedimento é

acumulada continuamente no recipiente, e o amostrador se move verticalmente em

uma velocidade de trânsito constante entre a superfície e um ponto a poucos

centímetros acima do leito, entrando a mistura numa velocidade quase igual à

velocidade instantânea da corrente em cada ponto na vertical.

Esse procedimento é conhecido com IVT, Igual Velocidade de Trânsito ( do inglês,

ETR, equal transit rate). Para não correr o risco de coletar sedimento de arrasto, o

amostrador não deve tocar o leito.

Para que a velocidade de entrada da amostra seja igual ou quase igual à velocidade

instantânea da corrente é necessário que o bico fique na horizontal, ou seja, o

amostrador deve ter cuidado para se movimentar sem haver inclinação. Isso ocorre

quando a velocidade de trânsito, ou de percurso é proporcional à velocidade média.

Segundo estudos em laboratório, os bicos apresentam diferentes constantes de

proporcionalidade, conformes as seguintes relações apresentadas por (Carvalho et

al., 2000):

Bico de 1/8”: vt = 0,2.vm

Bico de 3/16” e¼”: vt = 0,4.vm

Sendo

Vt – velocidade máxima de trânsito ou de percurso do amostrador

Vm – velocidade média da corrente na vertical de amostragem

Para a prática de campo calcula-se o tempo de amostragem pelas seguintes

equações:


Equação – Tempo de amostragem para Bico de 1/8”

tmin =

2 . pVt

=2 . p

0,2 .Vm

Equação – Tempo de amostragem para Bico de 3/16” e 1/4"

tmin =

2 . pVt

=2 . p

0,4 .Vm

Sendo 2.p a distância percorrida de ida e volta pelo amostrador na profundidade p

da superfície para o leito.

Numa coleta por integração vertical o ideal é coletar aproximadamente 400 mL de

amostra água-sedimento para amostradores com garrafas com capacidade máxima

de 500 mL, nos quais são normalmente utilizados na maioria das medições

realizadas no País, conforme ilustração (Figura 20) abaixo:


Figura 20 – Garrafa de amostragem indicando níveis a serem obedecidos

Fonte: Carvalho et al., 2000.

• Amostragem por igual incremento de largura, IIL

Devido a sua simplicidade esse é método mais utilizado para amostragem da

mistura água-sedimento. Neste método IIL a área da seção transversal é divida

numa serie de verticais igualmente espaçadas. Em cada vertical se utiliza a

amostragem por integração na vertical, mas com a mesma velocidade de trânsito em

todas as verticais.

Para isso deve-se usar sempre o mesmo amostrador com o mesmo bico. Como as

velocidades médias em cada vertical são diferentes, diminuindo geralmente do

talvegue para as margens, então as quantidades amostradas por garrafa vão se

reduzindo a partir do talvegue com quantidades proporcionais ao fluxo conforme

mostrado na (Figura 21).


Segundo Carvalho et al., (2000), para a operação de campo e obtenção adequada

das diversas amostras, em primeiro lugar é realizada a medida da descarga líquida

com verticais escolhidas igualmente espaçadas para se obter as velocidades médias

da corrente para o cálculo dos tempos de amostragem. Em seguida, selecionam-se

as verticais escolhidas para as amostragens, dentre as quais é escolhida a vertical

de referência, a qual apresenta a maior velocidade média, se a seção for regular, ou

o maior produto entre velocidade média e profundidade, se a seção for irregular.

Assim, nessa vertical obtém-se a primeira amostra, adotando os procedimentos com

o cálculo do tempo mínimo de amostragem.

Figura 21 – Exemplo de amostragem pelo método de igual incremento de largura

Fonte: Edwards/Glysson, 1988 apud Carvalho et al., 2000.

Conforme a velocidade, o bico é escolhido: em baixas velocidades usa-se o bico de

1/4"; em velocidades moderadas, o bico de 3/16” e em maiores velocidades, o de

1/18”.

Ainda segundo Carvalho et al., (2000), é necessário que a primeira amostra parcial

seja otimizada, isto é, que seja coletado um volume até o limite permitido pela

garrafa do amostrador utilizados na posição de coleta, ou seja, na horizontal. As


amostras parciais obtidas em cada vertical devem ser combinadas em uma só

amostra composta para determinação da concentração média e, caso seja

necessário, da granulometria.

• Amostragem por igual incremento de descarga, IID

No método IID, a seção transversal é dividida lateralmente em segmentos,

representando iguais incrementos de descarga para que seja feita em cada um

deles uma coleta de amostra, dividindo cada incremento em duas porções iguais.

Segundo Carvalho et al., (2000), para esse procedimento é necessário primeiro

efetuar a medição da descarga líquida e calculá-la. A partir desta medição, faz-se

um gráfico utilizando-se as porcentagens acumuladas da descarga, em ordenadas,

em função das distâncias em relação ao ponto inicial das medições em abscissas.

Fazem-se também os desenhos da seção transversal na parte inferior do gráfico e o

gráfico das velocidades médias em cada vertical da seção. Nas ordenadas obtêm-se

as porcentagens iguais ao número de amostras desejadas.

O próximo passo é a obtenção no gráfico das abscissas e profundidades desejadas

para as posições das coletas. Cada amostra parcial pode ser coletada utilizando o

bico do amostrador de acordo com a velocidade da corrente, calculando a

velocidade de trânsito máxima e o tempo mínimo de amostragem. A regra seguinte,

é que todas as amostras tenham o mesmo volume; é desejável ser de 400 mL ou

próximo disso, para amostradores de 500 mL de capacidade. Nesse método podem

ser coletados de 5 a 15 amostras parciais, que podem ser combinadas em uma só

amostra composta, ou analisadas individualmente.

• Anotações necessárias

Segundo Carvalho et al., (2000), existem dois processos de etiquetagem ou de


identificação das amostras: o primeiro é etiquetar cada garrafa com todos os dados

necessários; o segundo é simplificar a etiquetagem da garrafa e criar uma lista

paralela.

Em qualquer processo é necessário identificar posto e rio, data, hora da coleta,

número da garrafa, abscissa e profundidade de amostragem, nível d’água,

temperatura da água, amostrador utilizado e nome do hidrometrista, todas

indispensáveis. Outras informações úteis podem constar de um relatório do

hidrometrista. Os recipientes com as amostras devem ser bem tamponados para

evitar derramamento durante transporte para o laboratório. Se possível, colocar um

esparadrapo ou fita colante indicando o nível d'água no frasco.


4 COLETA DE DADOS DE QUALIDADE DA ÁGUA

Para uma adequada gestão dos recursos hídricos são primordiais o monitoramento e

a avaliação da qualidade das águas superficiais e subterrâneas, permitindo assim a

caracterização e análise de tendências em bacias hidrográficas, sendo essenciais

para várias atividades de gestão, tais como: planejamento, outorga, cobrança e

enquadramento dos cursos de água.

No Brasil o monitoramento da qualidade da água é realizado por uma variedade de

órgãos estaduais de meio ambiente e recursos hídricos, companhias de saneamento

e empresas do setor elétrico. Assim, não existem procedimentos padronizados de

coleta, frequência de coleta e análise das informações. Para permitir a comparação

dos resultados e tornar possível que se apliquem em diferentes locais as

experiências adquiridas, os procedimentos de coleta e análise dos dados devem ser

uniformes.

Segundo o Programa Nacional de Avaliação da Qualidade das Águas (PNQA)

lançado pela Agência Nacional de Águas, no monitoramento da qualidade das

águas, são acompanhadas as alterações nas características físicas, químicas e

biológicas da água, provenientes de atividades antrópicas e de fenômenos naturais.

Uma rede de monitoramento de qualidade de água é constituída dos seguintes

elementos:

• Pontos de coleta, denominados estações de monitoramento, definidos em

função dos objetivos da rede e identificados pelas coordenadas geográficas.

• Conjunto de instrumentos, utilizados na determinação de parâmetros em

campo e em laboratório.

• Conjunto de equipamentos utilizados na coleta: baldes, amostradores em

profundidade (garrafa de Van Dorn), corda, frascos, caixa térmica, veículos,

barcos e motores de popa.


• Protocolos para a determinação de parâmetros em campo, para a coleta e

preservação das amostras, para análise laboratorial dos parâmetros de

qualidade e para identificação das amostras.

• Estrutura lógica de envio das amostras: locais para o envio das amostras,

disponibilidade de transporte, logística de recebimento e encaminhamento

das amostras para laboratório.

Para indicar a contaminação orgânica da água usa-se o Índice de Qualidade das

Águas, utilizados atualmente por dez unidades da Federação.

Segundo o PNQA o uso de índices de qualidade da água surge da necessidade de

sintetizar a informação sobre vários parâmetros físico-químicos, visando informar à

população e orientar as ações de planejamento e gestão da qualidade da água.

O Índice que Qualidade das Águas (IQA) foi elaborado em 1970 pelo National

Sanitation Foundation (NSF), dos Estados Unidos, a partir de uma pesquisa de

opinião realizada com especialistas em qualidade de águas.

No Brasil, a Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Cetesb) de São

Paulo o utiliza desde 1975. Nas décadas seguintes, outros Estados brasileiros

adotaram o IQA, que hoje é o principal índice de qualidade da água utilizado no país.

Segundo o PNQA os parâmetros de qualidade que fazem parte do cálculo do IQA

refletem, principalmente, a contaminação dos corpos hídricos ocasionada pelo

lançamento de esgotos domésticos. É importante também salientar que esse índice

foi desenvolvido para avaliar a qualidade das águas, tendo como determinante

principal sua utilização para o abastecimento público, considerando aspectos

relativos ao tratamento dessas águas.

A avaliação da qualidade da água obtida pelo IQA apresenta limitações, já que este


índice não analisa vários parâmetros importantes para o abastecimento público, tais

como substâncias tóxicas, protozoários patogênicos e substâncias que interferem

nas propriedades organolépticas da água.

O IQA é composto por nove parâmetros, com seus respectivos pesos (W), que

foram fixados em função da sua importância para a conformação global da

qualidade da água (Tabela 3).

Tabela 3 – Parâmetros do Índice de Qualidade das Águas (IQA) e respectivos pesos

PARÂMETROS PESOSOxigênio dissolvido w= 0,17

Coliformes termotolerantes w= 0,15Potencial hidrogeniônico (pH) w= 0,12

Demanda bioquímica de oxigênio

(DBO5,20)w= 0,10

Temperatura da água w= 0,10Nitrogênio total w= 0,10

Fósforo total w= 0,10Turbidez w= 0,08

Resíduo total w= 0,08Fonte: Adaptado de Cetesb 2008.

Além de seu peso (w), cada parâmetro possui um valor de qualidade (q), obtido do

respectivo gráfico de qualidade em função de sua concentração ou medida (Figura

22).


Figura 22 - Curvas Médias de Variação de Qualidade das Águas

1 1 0 ¹ 1 0 ² 1 0 ³ 1 0 4 1 0 5

C . F . # / 1 0 0 m l

N o t a : s e C . F . > 1 0 , q = 3 , 051

q 1

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

C o l i f o r m e s F e c a i sp a r a i = 1

w = 0 , 1 51

2

q 2

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

p Hp a r a i = 2

p H , U n i d a d e s

N o t a : s e p H < 2 , 0 , q = 2 , 02

s e p H > 1 2 , 0 , q = 3 , 02

3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2

w = 0 , 1 22

0

q 3

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

D e m a n d a B i o q u í m i c a d e O x i g ê n i op a r a i = 3

D B O , m g / l5

N o t a : s e D B O > 3 0 , 0 , q = 2 , 05 3

5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 5 0

w = 0 , 1 03

0

q 4

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

N i t r o g ê n i o T o t a lp a r a i = 4

N . T . m g / l

N o t a : s e N . T . > 1 0 0 , 0 , q = 1 , 04

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 1 0 0

w = 0 , 1 04

0

q 5

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

F ó s f o r o T o t a lp a r a i = 5

P O - T m g / l4

N o t a : s e P o - T > 1 0 , 0 , q = 1 , 054

1 2 3 4 5 6 7 8 1 0

w = 0 , 1 05

- 5

q 6

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

T e m p e r a t u r a( a f a s t a m e n t o d a t e m p e r a t u r a d e e q u i l í b r i o )

p a r a i = 6

N o t a : s e t < - 5 , 0 q é i n d e f i n i d o∆ 6

0 5 1 0 1 5 2 0

w = 0 , 1 06

A t , ° C

s e t > 1 5 , 0 q = 9 , 0∆ 6

0

q 7

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

T u r b i d e zp a r a i = 7

T u r b i d e z U . F . T .

N o t a : s e t u r b i d e z > 1 0 0 , q = 5 , 07

1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 1 0 0

w = 0 , 0 87

0

q 8

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

R e s í d u o T o t a lp a r a i = 8

R . T . m g / t

N o t a : s e R . T . > 5 0 0 , q = 3 2 , 08

1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0

w = 0 , 0 88

0

q 9

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

0

O x i g ê n i o D i s s o l v i d op a r a i = 9

O . D . % d e s a t u r a ç ã o

N o t a : s e O D . % s a t . > 1 4 0 , q = 4 7 , 09

4 0 8 0 1 2 0 1 6 0 2 0 0

w = 0 , 1 79

Fonte: Cetesb, 2008.

O cálculo do IQA é feito por meio do produtório ponderado dos nove parâmetros,

seguindo a seguinte fórmula:

Equação – Índice de qualidade de água

IQA=∏i=1

n

qiW i

Onde:

IQA = Índice de Qualidade das Águas, um número entre 0 e 100;


qi = qualidade do i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 100, obtido da respectiva

“curva média de variação de qualidade”, em função de sua concentração ou medida

e,

wi = peso correspondente ao i-ésimo parâmetro, um número entre 0 e 1, atribuído

em função da sua importância para a conformação global de qualidade, sendo que:

Equação

∑i=1

n

W i=1

Onde:

n = número de variáveis que entram no cálculo do IQA.

Os valores do IQA são classificados em faixas, que variam entre os estados

brasileiros conforme o (Tabela 4).

Tabela 4 – Classificação dos valores do Índice de Qualidade das Águas

Faixas de IQA

utilizadas nos

seguintes

Estados: AL, MG,

MT, PR, RJ, RN,

RS

Faixas de IQA utilizadas

nos seguintes

Estados: BA, CE, ES,

GO, MS, PB, PE, SP

Avaliação da Qualidade

da Água

91-100 80-100 Ótima

71-90 52-79 Boa

51-70 37-51 Razoável

26-50 20-36 Ruim

0-25 0-19 PéssimaFonte: Adaptado de Cetesb 2008.


5 TÉCNICA DE ANÁLISE DE DADOS DE PRECIPITAÇÕES, NÍVEIS E

DESCARGA LÍQUIDA

O objetivo de um posto de medição de chuvas é o de obter uma série ininterrupta de

precipitações ao longo dos anos ou o estudo da variação das intensidades de chuva

ao longo das tormentas. Em qualquer caso pode ocorrer a existência de períodos

sem informações ou com falhas nas observações, devido a problemas com os

aparelhos de registro e/ou com o operador do posto (TASSI et al., 2007).

Alguns processos empregados na consistência dos dados serão descritos a seguir:

• Identificação dos erros grosseiros

Os erros mais comuns observados são:

• Preenchimento errado do valor na caderneta de campo;

• Soma errada do número de provetas, quando a precipitação é alta;

• Valor estimado pelo observador, por não se encontrar no local no dia da

amostragem;

• Crescimento de vegetação ou outra obstrução próxima ao posto de

observação;

• Danificação do aparelho;

• Problemas mecânicos no registrador gráfico.

Após a análise, as séries poderão apresentar falhas, que devem ser preenchidas por

alguns dos métodos indicados a seguir.

• Preenchimento de falhas

Quando se trabalha com precipitação deseja-se uma série ininterrupta e mais longa

possível de dados. No entanto, podem ocorrer dias, ou períodos maiores em que o


dado de precipitação não foi obtido, ocasionando assim uma falha. Para o

preenchimento de falhas podemos utilizar os seguintes métodos:

• Método de Ponderação Regional;

• Método de Regressão Linear.

O método de Ponderação Regional é um método simplificado normalmente utilizado

para o preenchimento de séries mensais ou anuais de precipitações, visando a

homogeneização do período de informações e a analise estatística das

precipitações.

Designado por x a estação que apresenta falha e por A, B e C as estações vizinhas,

pode-se determinar a precipitação Px da estação x pela média ponderada dos

registros das três estações vizinhas, onde os pesos são as razões entre as

precipitações médias anuais, assim, tem-se:

Equação – Precipitação Px

Px=13 ( NxNA PA+

NxNB

PB+NxNC

PC)

Onde:

PA, PB e PC = Precipitação nas estações A, B, C.

NA, NB e NC = Médias nas estações A, B, C.

Px, Nx = Precipitação média na estação em questão.

Exemplo: Considerando as precipitações dadas na tabela 5, calcular a precipitação.


Tabela 5 – Calcular Precipitação

Ano A B C D1965 284,60 232,00 289,60 216,601966 129,00 139,00 122,70 117,501967 95,80 96,60 100,70 97,801968 89,80 80,00 92,70 131,101969 129,20 124,50 128,70 118,801970 158,60 149,80 174,60 150,001971 53,20 147,30 163,40 140,40Média 148,60 138,46 153,13 140,18

Fonte: Nota do autor

Assim, temos:

Px=13 (140,18

148,6089,80+

140,18138,46

80,00+140,18153,13

92,70)P x=83,52


6 ANÁLISE DE CONSISTÊNCIA DE SÉRIES PLUVIOMÉTRICAS

• Método da Dupla Massa

Um dos métodos mais conhecidos para a análise de consistência dos dados de

precipitação é o Método da Dupla Massa, desenvolvido pelo Geological Survey

(USA).

A principal finalidade do método é identificar se ocorreram mudanças no

comportamento da precipitação ao longo do tempo, ou mesmo no local de

observação. Esse método é baseado no princípio que o gráfico de uma quantidade

acumulada, plotada contra outra quantidade acumulada, durante o mesmo período,

deve ser uma linha reta, sempre que as quantidades sejam proporcionais (TASSI et

al., 2007).

A declividade da reta ajustada nesse processo representa, então, a constante de

declividade. Especificamente, devem-se selecionar os postos de uma região,

acumular para cada um deles os valores mensais (se for o caso), e plotar num

gráfico cartesiano os valores acumulados correspondentes ao posto a consistir (nas

ordenadas) e de outro posto confiável adotado como base de comparação (nas

abscissas). Pode-se também modificar o método, considerando valores médios das

precipitações mensais acumuladas em vários postos da região, e plotar esses

valores no eixo das abscissas.

A Figura 23 exemplifica a análise de Dupla Massa para os postos 3252006 e

3252008, para um período de 37 anos de dados de precipitação mensal, onde se

pode observar que não ocorreram inconsistências. A declividade da reta determina o

fator de proporcionalidade entre as séries. A possibilidade de não alinhamento dos

postos segundo uma única reta existe e pode apresentar as seguintes situações:


Figura 23 – Análise de Dupla Massa – Sem inconsistências

Fonte: Tassi et al., 2007.

Quando o gráfico anterior formar uma reta quer dizer que o posto pertence àquela

região meteorológica.

Alguns casos típicos serão apresentados abaixo por Barbosa, 2010:

Caso 1: Ok

- Série de valores proporcionais, homogênea;

Série confiável.

Fonte: Barbosa, 2010.


Caso 2: Pode estar correto

- Erros sistemáticos;

- Mudança nas condições de observação;

- Existência de uma causa física real, por exemplo, presença de um reservatório

artificial e mudança no microclima;

- Pode ter ocorrido mudança de localização dos postos.

Pode-se modificar a reta dependendo do segmento que se considerou mais correto.


Caso 3: Não está correto

- Possíveis erros de transcrição;

- Talvez os postos pertençam a regiões meteorológicas diferentes.

Fonte: Barbosa, 2010


Caso 4: Não está correto

- Postos em regiões meteorológicas diferentes.


Correção dos dados (Caso 2):

Passar os valores mais antigos para a tendência atual;

Passar os dados mais recentes para a tendência antiga.

Equação – Precipitação acumulada ajustada

Pc=Pa+MaMo

( Po−Pa )

Onde:

Pc = precipitação acumulada ajustada à tendência desejada.

Pa = Valor da ordenada correspondente à interseção das duas tendências.

Ma = Coeficiente angular da tendência desejada.

Mo = Coeficiente angular da tendência a corrigir.

Po = Valor acumulado a ser corrigido.


unidade 2 - caracterÍsticas do...

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