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HIDROLOGIA E OBRAS HIDRÁULICAS - Coggle Diagram
HIDROLOGIA
E OBRAS HIDRÁULICAS
CICLO HIDROLÓGICO
Precipitação
Evaporação
Transpiração
Infiltração
Escoamento superficial
Escoamento subterrâneo
O ciclo hidrológico é condicionado pelas características locais, tais como o clima, relevo, tipo de solo, uso e ocupação do solo, geologia, tipo de cobertura vegetal, rede hidrográfica, etc.
BACIA HIDROGRÁFICA
DEFINIÇÃO
Bacia hidrográfica é uma superfície compreendida por um conjunto de terras, por onde corre um rio principal e seus afluentes, incluindo cabeceiras, ou nascentes, divisores d’ água, cursos d’água principais, afluentes, subafluentes, entre outros
CARACTERIZAÇÃO FISIOGRÁFICA
Área de drenagem
Formato da bacia
Coeficiente de compacidade (Kc)
Fator forma (Kf)
Índice de circularidade (Ic)
Sistema de drenagem
Ordem dos cursos d’água
Densidade de drenagem
Extensão média do escoamento superficial (l)
TEMPO DE CONCENTRAÇÃO
O tempo de concentração pode ser definido como o tempo necessário para que toda a bacia contribua para o escoamento superficial em uma seção considerada
BALANÇO HÍDRICO
BALANÇO HÍDRICO/EQUAÇÃO FUNDAMENTAL
As estratégias operacionais para sistemas de aproveitamentos hídricos de projetos requerem a investigação acerca das transformações do ciclo hidrológico ocorridas
dentro de regiões de interesse pré-estabelecidas, as quais devem ser contabilizadas através da equação do balanço hídrico, também denominada balanço de massa, ou
equação fundamental
Balanço hídrico subterrâneo
Balanço hídrico subsuperficial
EQUAÇÃO DE BALANÇO HÍDRICO GERAL
BALANÇO HÍDRICO DE LONGO PRAZO PARA BACIAS DE GRANDES RIOS
BALANÇO HÍDRICO DE CURTO PRAZO PARA CORPOS D’ÁGUA
PRECIPITAÇÃO
Denomina-se precipitação toda forma de água da atmosfera que atinge a superfície,seja na forma de chuva, granizo, neve, orvalho, neblina ou geada.
TIPOS DE CHUVAS
Chuvas convectivas
Chuvas frontais ou ciclônicas
Chuvas orográficas
DADOS PLUVIOMÉTRICOS
O estudo das precipitações se baseia na compreensão de algumas variáveis que a caracterizam: altura pluviométrica, intensidade, duração e frequência
MEDIÇÃO DA PRECIPITAÇÃO
Os instrumentos mais usados na medição das precipitações são o pluviômetro e o pluviógrafo.
ANÁLISE DE DADOS DE PRECIPITAÇÃO
Um posto pluviométrico é instalado e mantido com o objetivo de obter uma série ininterrupta de dados de precipitação ao longo dos anos.
Preenchimento de falhas
Análise de consistência
ANÁLISE DE FREQUÊNCIA DOS TOTAIS PRECIPITADOS
PRECIPITAÇÃO MÉDIA EM UMA BACIA
Método aritmético
Método de Thiessen
A estimativa da precipitação é fundamental para o dimensionamento de obras hidráulicas, seja para a previsão de disponibilidade hídrica para usos múltiplos, ou para a determinação da capacidade de reservação e condução de água que as obras de drenagem devem apresentar.
CHUVAS ANUAIS
CHUVAS INTENSAS
INFILTRAÇÃO
Na Engenharia Civil, a infiltração ganha destaque ao representar a parcela da precipitação que irá penetrar no solo e, portanto, não gerará escoamento superficial direto
ASPECTOS GERAIS
Grandezas características
Perfil de umidade do solo
Evolução da capacidade de infiltração durante a precipitação
FATORES INTERVENIENTES NO PROCESSO DE INFILTRAÇÃO
• tipo de solo
• umidade do solo
• grau de compactação do solo
• cobertura vegetal
• temperatura
• precipitação
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
Compreende-se como evapotranspiração a soma da evaporação e transpiração vegetal. Ambos são processos de transporte da superfície terrestre para a atmosfera na forma de vapor
EVAPORAÇÃO
Fatores que influenciam o processo de evaporação
a) Radiação solar
b) Temperatura do ar
c) Umidade do ar
d) Velocidade do vento
Estimativa da evaporação
Métodos de transferência de massa
Balanço de energia
Equações empíricas
Balanço hídrico
evaporímetro
EVAPOTRANSPIRAÇÃO
O termo evapotranspiração compreende a soma da evaporação com a transpiração vegetal, em uma bacia hidrográfica
Fatores que influenciam o processo de evapotranspiração
Evapotranspiração potencial x real
Estimativa da evapotranspiração
Equação de Thornthwaite
ESCOAMENTO SUPERFICIAL
É possível caracterizar um rio em três regiões distintas
É possível caracterizar um rio em três regiões distintas
ii. curso médio
iii. curso inferior ou terras baixas
CURVA-CHAVE
No estudo do comportamento do escoamento em rios, para uma determinada seção transversal do rio pode ser traçada a curva-chave, que constitui a relação entre a cota (nível da água) e a descarga (vazão)
MEDIÇÃO DE VAZÃO
Medição com molinete hidrométrico
Método acústico
Método químico
Medição com flutuadores
Uso de dispositivos regulares
Medição do nível da água
HIDROGRAMA
Separação dos escoamentos em um hidrograma
Obtenção do Hietograma da Chuva Excedente
HIDROGRAMA UNITÁRIO
O Hidrograma Unitário (HU) trata-se de um hidrograma de escoamento superficial direto, no qual a área sob esta curva corresponde a um volume unitário, resultado de uma chuva efetiva com intensidade e duração unitárias
PRINCÍPIOS DO HU
Princípio da Constância do Tempo de Base
Princípio da Afinidade ou Proporcionalidade das Descargas
Princípio da Aditividade
DETERMINAÇÃO DO HU EM REGIÕES SEM DADOS HISTÓRICOS
Método de Snyder
Método de SCS
PREVISÃO DE VAZÕES
É possível estimar vazões máximas anuais, para períodos de retorno maiores, a partir de modelos probabilísticos, como no caso das chuvas anuais
Determinação de vazões de escoamento superficial
Método Racional
Método Racional Modificado
Método Ven Te Chow
Método I-PAI WU
Método McMath
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
Pode-se enumerar algumas questões problemáticas correlatas ao transporte de sedimentos:
a) Carreamento de solos. A depender do tipo de solo, do uso e da ocupação (florestas, plantações ou áreas urbanas), pode haver carreamento de solos em maior ou menor grau, arrastando consigo fertilizantes, pesticidas, e demais produtos que eventualmente tenham sido lançados sobre o solo;
b) Recobrimento de áreas cultiváveis por sedimentos estéreis. Sedimentos carreados pelo próprio rio de áreas a montante das lavouras podem prejudicar o crescimento vegetal no curso médio e, sobretudo, nas planícies de inundação;
c) Assoreamento de reservatórios. A construção de reservatórios potencialmente obstrui o transporte natural de sedimentos pelos rios. Em função da redução da velocidade do escoamento, as partículas que estão sendo transportadas se depositam no fundo, causando o assoreamento. O reservatório pode perder boa parte de sua capacidade de armazenagem de água, dependendo da intensidade com que esse processo ocorre. Os sedimentos retidos no fundo do reservatório podem ser necessários em alguma seção de jusante.
d) O acúmulo de sedimentos depositados no fundo dos canais e dos reservatórios prejudica o seu funcionamento. Torna-se então necessária constante manutenção e/ou dragagem;
e) Quanto maior a concentração de sólidos (dissolvidos ou em suspensão) na água de rios e lagos, maiores os prejuízos à qualidade da água, decorrendo em aumentos nos custos de tratamento para a água de abastecimento público e industrial;
f) Erosão de rodovias, ferrovias e oleodutos;
g) Com a passagem da onda de cheia, os sedimentos depositados em áreas inundadas precisam ser removidos
CICLO HIDROSSEDIMENTOLÓGICO
• Desagregação
• Erosão
• Transporte
• Sedimentação
• Depósito
• Consolidação
ESTIMATIVA DA PRODUÇÃO DE SEDIMENTOS
TRANSPORTE FLUVIAL DE SEDIMENTOS
DISTRIBUIÇÃO DOS SEDIMENTOS AO LONGO DOS CURSOS D’ÁGUA
CONTROLE DE ENCHENTES
CONDIÇÕES HIDROLÓGICAS QUE INFLUENCIAM A OCORRÊNCIA DE ENCHENTES
Fatores naturais
Fatores artificiais
PREVISÃO DE CHEIAS
Previsão de curto prazo
Previsão de longo prazo
MEDIDAS PARA CONTROLE DAS ENCHENTES
Medidas estruturais
Medidas não-estruturais
REGULARIZAÇÃO DE VAZÕES
A vazão de escoamento superficial direto varia ao longo do tempo em função das precipitações
CARACTERÍSTICAS DOS RESERVATÓRIOS
Vertedores
Descarregadores de fundo
Curva cota - área - volume
Volume morto e nível mínimo operacional
Volume máximo e nível máximo operacional
Volume útil
Nível máximo maximorum
IMPACTOS AMBIENTAIS DE RESERVATÓRIOS
Impactos sociais
Impactos sobre a fauna e a flora do local inundado
CÁLCULO DO VOLUME DO RESERVATÓRIO DE ACUMULAÇÃO
BARRAGENS
DEFINIÇÃO
Barragens são mecanismos de aproveitamento hidráulico, correspondendo essencialmente a um corpo ou barramento colocado transversalmente a um curso d’água, cumprindo a função de retenção e armazenamento de água, de maneira compatível com o objetivo do empreendimento.
FORÇAS ATUANTES NAS BARRAGENS
BARRAGENS DE CONCRETO
Barragens de gravidade
Barragens de gravidade aliviada
Barragens em arco
Barragens de contrafortes
BARRAGENS DE TERRA OU ENROCAMENTO
BARRAGENS MISTAS
DESVIO DOS RIOS PARA A CONSTRUÇÃO DE BARRAGENS
CANAIS
Os canais são estruturas hidráulicas que possuem os seguintes objetivos básicos:
• condução das águas de forma a compatibilizar as necessidades com os volumes disponíveis, no tempo e no espaço;
• possibilitar ou favorecer a navegação.
DIMENSIONAMENTO
Dimensionamento de canais revestidos - seções de máxima eficiência hidráulica
DIMENSIONAMENTO DE CANAIS EM MATERIAIS ERODÍVEIS
Método da velocidade permissível
Método das Tensões de Arraste
VERIFICAÇÕES HIDRÁULICAS E INDICAÇÕES PARA PROJETO DE CANAIS
Regimes de escoamento
Velocidades de funcionamento
Borda livre
Definição das seções e revestimentos
Canais em solos
Canais gramados
Canais revestidos em concreto
Canais em gabiões
Canais revestidos com enrocamentos