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Redes de monitoramento e sistemas de informação - Coggle Diagram
Redes de monitoramento e sistemas de informação
Climatologia
Definição
É o estudo do clima.
É o estudo dos fenômenos a médio e longo prazo.
É a ciência que estuda o clima da Terra e as relações entre eles.
Elementos climáticos:
temperatura, umidade, chuva, vento, nebulosidade, pressão atmosférica, radiação solar etc.
Estações climatológicas
Precipitação
Equipamentos usados para observar a chuva são o
pluviômetro
(determina a precipitação pluvial) e o
pluviógrafo
(dá informações sobre o total de chuva e sobre a intensidade de chuva).
Velocidade e direção do vento
As
palhetas
meteorológicas indicam a direção do vento. A velocidade do vento é medida por
anemômetros
.
Radiação solar
Representa o efeito dos raios solares sobre a superfície terrestre.
Em virtude das diferenças no recebimento da radiação solar, existem diferentes zonas térmicas da Terra, que
variam conforme a latitude.
Não são os raios solares em si que alteram as temperaturas e o clima, mas a radiação infravermelha absorvida e refletida pela superfície.
O
Actinômetro/piranômetro
fornece medições de radiação solar.
Umidade relativa do ar
Representa a quantidade de água em forma de vapor presente na atmosfera.
Em geral, quanto mais úmida está uma determinada localidade, menores são as variações de temperatura.
Nas áreas mais quentes, a umidade tende a ser maior, já nas áreas mais frias, menor, pois quanto mais o ar está aquecido, maior é a sua capacidade de absorver água.
Os
psicrômetros
indicam a umidade relativa.
Pressão atmosférica
Representa a pressão que o ar exerce sobre nós. Isso ocorre, principalmente, pela força da gravidade sobre as moléculas de ar.
Nas áreas onde a gravidade atua de forma mais incisiva, ou seja,
nas menores altitudes, a pressão atmosférica é maior
. Já
nas áreas mais altas, o ar é mais rarefeito.
Em áreas mais quentes, o ar também fica mais disperso e a pressão diminui.
O principal efeito da pressão atmosférica é a alteração da circulação do ar.
Geralmente, os ventos – e as massas de ar – movimentam-se das áreas de maior para as áreas de menor pressão.
Um
Barômetro
mede a pressão do ar.
Temperatura do ar
É influenciada por praticamente todos os elementos e fatores climáticos, incluindo a umidade, a radiação solar, a latitude, as massas de ar e muitos outros agentes atmosféricos.
Os
termômetros
fornecem leituras de temperatura
CONCEITO
Este tipo de equipamento tem a função de realizar medições de alguns parâmetros das condições climáticas,
em tempo real
, e realizando também o registro das informações, para a criação de um histórico, fundamental para uma analise mais detalhada das condições meteorológicas de uma região especifica.
Têm o objetivo de caracterizar o clima de uma região.
Estações hidrometeorológicas
Estações pluviométricas
É capaz de medir dados de precipitação, ou seja,
quantidade e intensidade de chuva
. Além de armazenarem os dados em sua memória interna, podem enviar para a nuvem automaticamente por
telemetria
de dados.
Este tipo de Estação Meteorológica monitora dados pluviométricos em
tempo real
.
São monitoradas as seguintes variáveis:
precipitação, temperatura e umidade relativa.
O monitoramento da chuva pode ser feito por meio de
pluviômetros convencionais ou automáticos.
Pluviômetros convencionais:
são aparelhos totalizadores que
medem a altura de chuva total
em um determinado período de tempo.
Os pluviômetros automáticos podem ser digitais ou analógicos:
Os automáticos digitais são equipamentos que registram automaticamente as variações de chuva ao longo do tempo e armazenam as informações em formato digital. Já os automáticos analógicos,
também denominados de pluviógrafos
, são equipamentos que registram em um gráfico as alturas de precipitações em função do tempo.
Esse gráfico é denominado pluviograma.
Por meio dos pluviômetros automáticos pode-se
quantificar a altura pluviométrica, a duração e a intensidade de chuvas
.
Variáveis monitoradas
Altura pluviométrica:
é a altura média da lâmina de água
precipitada que recobriria a região atingida pela precipitação admitindo-se que essa água não infiltrasse, não evaporasse, nem escoasse para fora dos limites da região, é usada o mm como unidade de medição.
Duração:
é o período de tempo durante o qual a chuva ocorre.
As unidades utilizadas são o minuto e a hora.
Intensidade:
é a precipitação ocorrida por unidade de tempo.
É expressa, normalmente, em mm/h ou mm/min.
Idealmente, deve-se projetar a rede de monitoramento de precipitação e de vazão em conjunto.
O pluviógrafo mede a intensidade e duração de chuvas.
Tanto o pluviômetro como o pluviógrafo são aparelhos que medem as precipitações. Contudo, enquanto o pluviógrafo faz registros automáticos dos dados, o pluviômetro precisa de leituras manuais a intervalos de tempo fixos.
O pluviômetro permite o
registro apenas pontual
do total da chuva ocorrida durante um dia.
Os pluviógrafos evoluíram para os pluviômetros automáticos.
Estações fluviométricas
É capaz de medir e monitorar diversos parâmetros em relação à Rios, Lagos, Poços ou Bacias Hidrográficas, como níveis da água, velocidades e vazões.
Era comum a utilização de réguas linimétricas para medição em relação a níveis de água, porém hoje o mercado conta com avanços na tecnologia de medição, através de modelos de Estações Fluviométricas que realizam estas medições de forma automática, oferecendo o monitoramento remoto com conexão com a internet.
É constituída de dispositivos para a obtenção da
cota fluviométrica, seção de medição de vazão e referências de nivelamento.
A cota fluviométrica pode ser obtido através de registradores contínuos, chamados
linígrafos
.
É compostas dos seguintes equipamentos
: fonte de energia (placa solar), datalogger (registrador de dados), sensores de nível d'água (transdutor de pressão submerso, flutuador e contrapeso, radar), sistemas de transmissão e infraestruturas.
Os instrumentos automáticos mais utilizados para medir e registrar a variação do nível d’água de um rio ao longo do tempo são os
sensores de efeito Doppler
, que permanecem submersos e promovem o registro contínuo dos níveis d’água em uma seção de rio.
Estações sedimentométricas
Trata da medida da quantidade de sedimentos transportados pelos cursos d’águas em uma determinada seção de um curso de água.
É medido pela quantidade de sedimentos em peso que passa na seção, geralmente em toneladas/dia.
Estações de monitoramento de qualidade das águas superficiais
O monitoramento é o conjunto de práticas que visa ao acompanhamento de determinadas características de um sistema, sempre associado a um objetivo.
São acompanhadas as alterações nas características físicas, químicas e biológicas da água, decorrentes de atividades antrópicas e de fenômenos naturais.
São realizadas coleta de dados e de amostras de água em locais específicos (geo-referenciados), feita em intervalos regulares de tempo, de modo a gerar informações que possam ser utilizadas para a definição das condições presentes de qualidade da água.
O monitoramento visa, ao final, permitir uma avaliação adequada da qualidade da água.
Tanto a localização das estações quanto os parâmetros monitorados devem ser reavaliados periodicamente.
Um bom acompanhamento dos parâmetros
pH, oxigênio dissolvido e condutividade elétrica,
já permitem identificar alterações associadas a ações antrópicas, configurando um alerta para a tomada de providências.
Estações de monitoramento de nível e de qualidade das águas subterrâneas
As alterações na quantidade e qualidade das águas subterrâneas ocorrem lentamente, sendo identificadas apenas por meio de um monitoramento bem elaborado e de longo tempo.
O monitoramento fornece informações para o controle de impactos causados pela extração de água e pela carga de poluentes no aqüífero.
Outras informações são necessárias para uma política de proteção dos recursos ambientais como, por exemplo, dados meteorológicos, integração com as águas superficiais, litologia e composição bioquímica do subsolo, além de informações sobre fontes potenciais de poluição dos recursos hídricos.
Um monitoramento deve prover informações sobre a dinâmica do aqüífero em relação às variações sazonais e efeitos antrópicos, sendo que para a modelagem, deve haver a integração das atividades de monitoramento de águas subterrâneas e superficiais.
O projeto de rede de monitoramento compreende
a definição dos pontos de amostragem, da freqüência e duração da amostragem e seleção das variáveis a serem medidas.
As etapas gerais do monitoramento são:
• Definição dos objetivos do monitoramento;
• Projeto de rede (seleção de pontos de monitoramento, parâmetros a serem determinados, freqüência de amostragem);
• Operação do monitoramento (coleta, análise, interpretação, controle de qualidade); e
• Avaliação dos resultados frente aos objetivos para validação do monitoramento.
Com relação à quantidade, observa-se que os principais objetivos de um monitoramento são:
estabelecer valores naturais de nível d’água em uma região e identificar tendências de rebaixamento destes níveis.
São medidas características físicas, químicas e
microbiológicas da qualidade da água.
Instalação de estações de monitoramento
Estações Pluviométricas
Deve ser instalado em terrenos planos, livres de obstáculos e de inundações e deve ser cercado, com o objetivo de evitar deslocamentos e proteger os equipamentos.
Os obstáculos (vegetação e construções diversas) deverão estar a uma distância
igual ou superior a duas vezes
a altura do obstáculo com relação à superfície de captação dos pluviômetros, variando de
30° a 45
° com a horizontal e que não haja nenhuma interferência à chuva num raio de
5 metros
.
A altura dos pluviômetros deve ser tão baixa quanto possível, entretanto, suficientemente alta a fim de evitar respingos do chão. No Brasil a recomendação mais aceita é a altura
entre 1 e 1,5m acima da superfície do solo
.
Deve ser cercado para proteger de animais e vândalos, a altura do cercado deve ser menor que o pluviômetro.
O suporte para o painel solar deve estar orientado para o norte verdadeiro.
Estações fluviométricas
Os postos Fluviométricos, são instalações de réguas nas margens do curso d’água para leituras de N.A. (nível de água) e R.N. (referência de nível) com o objetivo de medir-se a vazão.
Uma estação fluviométrica automática é composta,
basicamente, por um sensor que registra a variação do nível d’água e por um aparato eletrônico que possibilita o registro, o
armazenamento e a transmissão dos dados.
Local de instalação
Deve-se considerar se ela é destinada a um objetivo específico como, por exemplo, monitoramento de reservatórios, operação de barragens, monitoramento de cursos d’água, estudos sobre disponibilidade hídrica e etc.
1) Selecionar um trecho retilíneo do rio, com perfil longitudinal
regular, com margens paralelas, livre de vegetação, rochas ou outros obstáculos.
2) O leito e as margens do rio devem ser estáveis.
3) deve ter taludes elevados para não permitir extravasamento.
4) Os sensores devem ser instalados de forma a garantir o
monitoramento independentemente do nível do rio.
5) A seção de medição deve estar situada em local isento de efeito de maré.
6) O nível do rio deve estar associado a uma referência de nível (RN).
7) O acesso da equipe deverá ser permanente.
As estações convencionais é formada por lances de régua linimétricas.
Instalação de seção de réguas, construção e
calibração de curva-chave
Instalação da seção de réguas
Normalmente são utilizadas réguas em modelo de alumínio, fibra de vidro ou PVC, numeradas de 2 em 2 cm, sendo os espaçamentos intermediários indicados por traços.
As réguas devem ser instaladas em alinhamento perpendicular ao eixo do rio. Tem que apresentar estacas de sustentação.
No caso das estações limnimétricas localizadas em barragens, a preferência é para que as réguas sejam construídas ou fixadas diretamente na estrutura da barragem.
As estações fluviométricas
devem
possuir réguas limnimétricas juntamente com os equipamentos automáticos para a coleta de dados de nível da água para assegurar a continuidade do monitoramento se ocorrer algum problema.
A seção de régua objetiva aferir a precisão do sensor de nível.
Recomendações
fixar as réguas em suporte de madeira de lei;
instalar as réguas em local
relativamente
protegido e de menor probabilidade de ser atingido por troncos arrastados pelo rio;
instalar pelo menos duas RNs em locais firmes e protegidas, preferencialmente em estruturas em caráter permanente (rochas, pontes). O primeiro RN deve estar localizado junto às réguas, num nível raramente alcançado pelo rio.
Os lances das escalas (réguas) deverão ser alinhados numa normal ao eixo do curso d’água.
O zero da escala deverá ficar abaixo do nível mínimo a que possam chegar as águas a fim de se evitar leituras negativas.
Os
linígrafos
são equipamentos que permitem o
registro automático
do nível da água ao longo do tempo (sem necessidade da pessoa anotar medição em um determinado momento do dia). Os linígrafos antigos transmitiam essas informações para papeis que, posteriormente, ainda precisavam ser lidos.
Local de instalação das réguas
Trecho reto, ambas as margens bem definidas.
A seção deve localizar
fora de remansos (locais sem movimento)
,
Leito regular e estável.
As réguas devem estar localizadas a
montante do controle
.
O acesso a seção deve ser fácil.
As margens devem ser estáveis.
Deve existir um observador próximo a seção de réguas.
As medições de descargas deverão ser realizadas sempre na mesma seção.
Construção e
calibração de curva-chave
Conceito:
é a relação entre cota (nível da água) e descarga (vazão), conhecida também como curva de calibragem.
Relaciona o nível de um rio com sua vazão.
Para gerar uma curva-chave representativa é necessário medir a vazão do rio em situações de
vazões baixas, médias e altas.
Com dados do resumo das medições, onde temos a cota lida e vazão calculada, procedemos da seguinte maneira:
1° - Plotagem das descargas em relação a cotas, em escala natural ou logarítmica.
2°- Plotadas as medições, traçamos uma curva que atenda ao maior número de medições, procurando interpolar os pontos, para cima e abaixo da curva, em quantidades iguais.
3° - Traçada a curva, elabora-se uma tabela cota-descarga ou calcula a equação da curva.
A curva-chave é um
método indireto
de medição da vazão.
Essa curva permite o
cálculo indireto de vazão
em uma determinada seção de um rio a partir da observação diária do nível de água na seção.
Calibragem
As cotas podem ser muito diferentes das alturas verdadeiras em razão de defeitos de alinhamento ou de nivelamento entre lances de régua, de erros sistemáticos nas observações e de outras falhas que afetam as leituras de régua.
As falhas aparentes devem, evidentemente, ser levadas em conta durante o traçado da curva de calibragem.
Métodos para estabelecer uma curva-chave
1- método logarítmico;
O método baseia-se no fato de que a relação entre as cotas e descargas medidas em uma seção transversal pode ser expressa através de uma equação de uma parábola do
grau n.
Neste caso a relação Q = f(H) é escrita da seguinte maneira:
Q: a(h - ho)n
Onde:
Q = valor da descarga líquida em metros cúbicos por segundo; A = constante, a determinar; h = altura d’água, cota medida em metros; ho = altura medida, cota em metros que corresponde á descarga nula; n = grau da parábola.
É o mais usado, neste caso usamos o papel bi-logarítmo.
2- método das diferenças finitas;
Para este método usamos o papel milimetrado ou papel bi-logaritmo.
A expressão da curva é do tipo polinômio: Q = a + bh + ch2 + ...
3- método de Stvens.
É um método que utilizamos em casos limitados de observações ou medições diretas. Baseia-se na fórmula do Chézy.
A expressão da vazão é
Q = CA raiz quadrada Ri
Com a curva-chave é possível transformar medições diárias de cota, que são relativamente baratas, em medições diárias de vazão.
Desenvolve-se uma curva-chave com base em algumas medições realizadas, permitindo generalizar para outros valores.
