Aula 05 - Hidrologia

Aula 05 Obras Hídricas p/ Perito Polícia Federal (Engenharia Civil) Professor: Marcus Campiteli

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

AULA 5: HIDROLOGIA SUMÁRIO

PÁGINA

CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES

1

1.

CICLO HIDROLÓGICO

2

2.

BACIA HIDROGRÁFICA

10

3.

PRECIPITAÇÃO

26

4.

EVAPOTRANSPIRAÇÃO

50

5.

INFILTRAÇÕES

54

6.

ESCOAMENTO SUPERFICIAL

75

7.

QUESTÕES COMENTADAS

91

8.

QUESTÕES APRESENTADAS NESTA AULA

97

9.

GABARITO

99

10.

BIBLIOGRAFIA

99

Olá pessoal, apresentamos para vocês nesta aula os conceitos de Hidrologia. O texto baseia-se no livro Introdução a Hidráulica, Hidrologia e Gestão de Águas Pluviais, do autor John Gribbin, por apresentar uma abordagem simples e clara dos conceitos, e nas apostilas do curso de 60917199200

Hidrologia ministrado no Instituto Militar de Engenharia – IME, de autoria dos Ilustríssimos Professores José Carlos C. Amorim e Marcelo de Miranda Reis. As questões apresentadas são da Cesgranrio, pois as questões que

encontrei

do

Cespe

tratam

de

assuntos

correlatos,

de

Saneamento, Barragens e Aproveitamento Hidrelétrico, que não se enquadram diretamente no assunto Hidrologia. Bons estudos!

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 1 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 HIDROLOGIA Antes que a água da chuva possa fluir em um curso d’água ou canal, ou em um bueiro, ela deve primeiro se precipitar do céu, seguir seu caminho pela superfície da terra e acumular-se em uma forma concentrada. O valor da vazão resultante da água da chuva denomina-se deflúvio (ou runoff) e depende de vários fatores, incluindo o volume precipitado, o tamanho da área onde cai a água da chuva e a natureza do solo sobre o qual a água flui. 1 – CICLO HIDROLÓGICO O ciclo hidrológico é fechado, mas adota-se a atmosfera como ponto inicial de origem da água na qual existe sob a forma de vapor, partículas líquidas, gelo ou neve. Quando as partículas de água formadas por condensação do vapor atingem determinada dimensão, precipitam-se em forma de chuva. Se na queda atravessam zonas de temperatura inferior a 0oC pode haver formação de partículas de gelo, dando origem ao granizo. No caso da condensação ocorrer sob temperaturas abaixo do ponto de congelamento, há formação de neve. Quando a condensação se verifica sobre uma superfície sólida ocorre o orvalho ou a geada, conforme seja a temperatura superior ou inferior a 0oC.

60917199200

Parte da precipitação não atinge o solo devido à evaporação, durante a própria queda, ou porque é retida pela vegetação, perda a que se dá o nome de interceptação. Do volume que atinge o solo parte se infiltra, parte escoa pela superfície e parte evapora-se diretamente ou através das plantas, fenômeno conhecido como transpiração. A infiltração é o processo de penetração da água no solo. Quando a intensidade da precipitação excede a capacidade de Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 2 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 infiltração, a água escoa na superfície. Em primeiro lugar, preenche as depressões do terreno. Em seguida, inicia-se o escoamento superficial propriamente dito: a água procura os canais naturais que vão concentrar-se nos vales principais, formando os cursos dos rios, para finalmente dirigir-se aos lagos, mares e oceanos. Nesse processo pode ocorrer infiltração ou evaporação, conforme as características

do

terreno

e

a

umidade

ambiente

da

zona

atravessada. A água retida nas depressões ou como umidade superficial do solo pode ainda evaporar-se ou infiltrar-se. Em estado líquido, pela energia recebida do Sol ou de outras fontes, a água pode retornar ao estado gasoso, fenômeno chamado de evaporação e ao qual se atribui o equilíbrio do ciclo hidrológico. As plantas retiram umidade do solo que utilizam em seu crescimento e eliminam na atmosfera sob a forma de vapor, ao que se dá o nome de transpiração. Em muitos estudos a evaporação do solo e das plantas é considerada em conjunto sob a denominação de evapotranspiração. A água que se infiltra no solo movimenta-se através dos vazios existentes por percolação e, eventualmente, atinge uma zona saturada formando o lençol subterrâneo que poderá interceptar uma vertente, retornando à superfície para alimentar os rios, ou mesmo os oceanos, ou formar lençóis artesianos entre camadas impermeáveis. Na fase aérea do ciclo hidrológico a água é pura porque nos 60917199200

processos de evaporação e de precipitação tudo se passa como se houvesse um gigantesco destilador. Entretanto, a água é límpida apenas enquanto vapor e no momento da condensação. Logo após a esta as impurezas começam a acumular-se, os gases dissolvem-se nas gotas das chuvas que ao atingir a superfície do solo dissolvem substâncias como cálcio, magnésio, sódio, bicarbonatos, cloretos, sulfatos e nitratos.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 3 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

O quadro a seguir apresenta uma estimativa feita por N. Meinardus (1928) e H. Hoinkes (1968) da quantidade de água disponível no planeta Terra por fontes:

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 4 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

O quadro abaixo apresenta uma estimativa de distribuição baseado no volume total de água potável apresentado no quadro anterior:

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Uma parte da reserva de água está em circulação contínua e compõe uma transferência, pois evapora das superfícies líquidas e do 60917199200

solo e após a condensação na atmosfera é depositada novamente nas superfícies como precipitação líquida ou sólida. Pela precipitação, a evaporação e o escoamento superficial são sempre repostos como água potável. O vapor de água em circulação na atmosfera formaria com sua completa condensação e precipitação uma camada de água de somente 2 a 3 cm de profundidade na superfície da Terra. Comparando-se com a média de precipitação anual na Terra (97 cm),

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 5 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 deduz-se que a vida média de uma molécula de água na atmosfera é de cerca de 10 dias. A água disponível para uso na superfície da terra, da qual a humanidade, a economia e a indústria dependem, constitui apenas uma fração da água total da terra e é renovada pelo ciclo hidrológico. O quadro seguinte mostra os fluxos globais entre os continentes e os oceanos:

Fonte: Amorim & Reis (IME)

1)

(33 – Transpetro/2011 – Cesgranrio) Considere as

seguintes reservas de água doce (Rn) do nosso planeta. R1 – lagos e rios R2 – geleiras e gelo polar R3 – água subterrânea A ordem DECRESCENTE de volume de água armazenada nessas reservas é 60917199200

(A) R1, R2, R3 (B) R1, R3, R2 (C) R2, R1, R3 (D) R2, R3, R1 (E) R3, R2, R1

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 6 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 a) Balanço Hídrico

Devido ao fato de que a quantidade total de água disponível na Terra ser finita e indestrutível, podemos encarar o ciclo hidrológico global como sendo um sistema fechado. Um balanço hídrico pode ser desenvolvido para explicar os componentes hidrológicos. De modo ilustrativo pode-se imaginar um sistema simples e altamente restrito como o da figura a seguir. Considere uma superfície plana inclinada e completamente impermeável (a água não pode passar através da superfície), confinada pelos quatro lados e comum a saída no canto A. Desde que a superfície seja assumida como sendo completamente plana, não haverá depressões nas quais a água poderá se armazenar. Se uma chuva for aplicada a este sistema hidrológico simplificado, surgirá em A uma vazão de saída, denominada escoamento superficial direto.

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Pode-se representar o balanço hídrico para este sistema pela seguinte equação: I – Q = dS/dt Onde: Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 7 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 I = vazão de entrada Q = vazão de saída dS/dt = variação no armazenamento do sistema por unidade de tempo Como a vazão de saída é constante, com o aumento da intensidade da chuva temos um aumento da vazão de entrada, e se esta supera a vazão de saída temos uma acumulação na superfície (retenção superficial). Com o cessar da precipitação, a água retida na superfície se transforma em vazão de saída do sistema. No exemplo citado, toda a entrada se transforma em saída, negligenciando-se

a

pequena

quantidade

de

água

retida

eletricamente na superfície e também qualquer evaporação ocorrida durante o período (uma suposição razoável para o sistema descrito). Num sistema mais generalizado, existem depressões no sistema fechado e a vazão de saída não pode ocorrer até que se acumule água a uma profundidade mínima para fornecer carga necessária ao escoamento. Esta

ilustração

elementar

sugere

que

qualquer

sistema

hidrológico pode ser descrito por um balanço hídrico que explica a disposição das entradas de água no sistema e a variação no armazenamento. Uma versão mais generalizada do balanço hídrico deverá explicar os vários componentes de um ciclo hidrológico e fornecer a 60917199200

visão de técnicas de resolução de problemas em regiões hidrológicas complexas. Tais regiões podem estar definidas pela topologia, limitadas politicamente ou especificadas arbitrariamente. Teoricamente, um balanço é possível para qualquer tipo de região que caracterize um sistema fechado, embora a possibilidade de dados e o grau de refinamento dos métodos analíticos determine a aplicabilidade daquele em um senso prático. O balanço hídrico de

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 8 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 uma área unitária da superfície da Terra é formado pelos seguintes componentes: - P = precipitação; - E = evaporação; - Q = descarga, escoamento; - R = reserva, armazenamento; - U = uso, consumo;

Nesta forma mais generalizada a equação da continuidade se apresenta na seguinte forma: P=E+D+R+U Onde: D = escoamento superficial ou subterrâneo R = armazenamento temporário de água no solo, e U = água utilizada física ou quimicamente.

Em uma média de longo período pode-se admitir que R e U sejam constantes, de forma que as flutuações dessas quantidades tornam-se insignificantes no balanço hídrico. Assim a equação pode ser simplificada para: P=E+Q Em um sistema mais generalizado, normalmente, tomamos como sistema fechado uma bacia hidrográfica, que é uma área 60917199200

definida topograficamente, drenada por um rio ou sistema de rios de forma que toda a vazão é descarregada em uma única saída definida pela seção de estudo, definindo um sistema fechado. A precipitação é avaliada por medidores dispostos em uma área. O escoamento superficial pode ser medido de várias formas, tais como medidores em barragens, medidores de velocidade de fluxo, etc.. A umidade do solo pode ser determinada usando-se provas

de

nêutrons

Prof. Marcus V. Campiteli

e

métodos

gravimétricos;

www.estrategiaconcursos.com.br

a

infiltração

é

Página 9 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 determinada localmente por infiltrômetros ou estimada através dos dados de chuva-escoamento. A equação do balanço hídrico é um instrumento extremamente útil e que pode ser usado de várias maneiras para estimar a magnitude e distribuição no tempo das variáveis hidrológicas. 2 – BACIA HIDROGRÁFICA Para o cálculo da vazão em um curso d’água resultante de um evento de chuva, deve-se, primeiro, determinar o tamanho da área sobre a qual a chuva incide. Para todos os cursos d’água, uma área bem definida intercepta a chuva e a transporta até o curso d’água, conforme a figura a seguir.

60917199200

Fonte: Gribbin (2014)

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 10 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 Essa área denomina-se bacia hidrográfica, bacia de drenagem ou área de captação. Toda chuva que incide sobre a bacia de drenagem segue seu caminho até o curso d’água, enquanto a chuva que cai fora dela segue caminho distinto, afluindo em outro curso d’água. A linha imaginária que delineia o limite da bacia de drenagem denomina-se divisor da bacia ou divisor de águas e é determinada pela topografia da região. Conforme apresentado na figura seguinte, o primeiro passo para delinear a bacia de drenagem é decidir o ponto, no curso d’água, onde a bacia começa (onde se quer determinar a vazão). Esse ponto inicial constitui o ponto de análise (ponto de saída) do escoamento proveniente da bacia de drenagem, também denominado exutório da bacia. Em geral, esse ponto é escolhido para a instalação da estrutura hidráulica proposta, como um bueiro.

60917199200

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 11 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Gribbin (2014)

O divisor da bacia na figura seguinte ilustra os princípios mais importantes para se delinear uma bacia de drenagem: 1) Desenhe o divisor perpendicular às linhas de contorno (curvas de nível). 60917199200

2) Desenhe o divisor ao longo das cristas das elevações (colinas ou montanhas). 3) Nunca desenhe o divisor ou longo de ou através de uma baixada. 4) Desenhe o divisor entre duas curvas de nível de mesma cota topográfica e paralelo a elas. 5) Quando estiver em dúvida sobre a linha do divisor da bacia, simule uma gota de chuva caindo perto da linha; então, Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 12 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 trace o caminho do escoamento seguido pela gota. Se a gota escoa em direção ao exutório da bacia, ela caiu dentro da

bacia.

Quando

escoa

em

declive,

a

água

segue

perpendicularmente às curvas de nível.

60917199200

Fonte:

Gribbin (2014)

A figura a seguir representa um talvegue (lugar geométrico dos pontos mais baixos da bacia de drenagem) e uma elevação. Um fundo de vale é a transição entre duas elevações e dois talvegues.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 13 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Gribbin (2014)

Cabe ressaltar que os divisores topográficos nem sempre coincidem com os divisores freáticos. Desta forma podem ocorrer 60917199200

fugas ou acréscimos de água numa bacia, e o sistema não poderia ser tomado como fechado. A exceção de casos especiais estas variações não são significativas.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 14 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

O balanço entre a disponibilidade e a demanda de água para diversos fins, indica a situação hídrica de escassez ou de abundância da bacia hidrográfica. Pode-se estabelecer o balanço hídrico de uma bacia hidrográfica medindo-se as chuvas nos postos pluviométricos locais ou vizinhos e as vazões escoadas na seção fluviométrica.

2.1 - Resposta de uma Bacia Hidrográfica A maneira pela qual se dão as variações de vazão em uma seção em relação à chuva precipitada é denominada resposta de uma bacia. Uma bacia responderá diferentemente a tempestades de intensidade e duração diferentes. A resposta também será diferente com chuvas idênticas, se a condição antecedente variar. Pode-se observar o comportamento da bacia em relação a uma chuva 60917199200

específica, analisando o hidrograma no período, ou seja, o gráfico da vazão versus tempo. A figura a seguir mostra um exemplo de um hidrograma típico de cheia:

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 15 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

O hidrograma de cheia representa a variação da vazão em uma seção de um curso d’água para um evento isolado de chuva. Note-se que geralmente pode-se traçar o hidrograma de uma bacia mesmo para nenhuma precipitação, devido à perenidade dos rios. Esta perenidade é causada pelo abastecimento de água feito a partir do escoamento subterrâneo (deflúvio básico), onde o nível do rio está abaixo da superfície freática. Portanto, o pico do hidrograma de cheia será mais acentuado quanto maior for a contribuição do escoamento superficial direto, resultante da chuva em relação ao deflúvio básico. Isto se dará para solos com pouca capacidade de infiltração, para bacias com declividade acentuada, com influência de sua forma e do tipo de vegetação e também da distribuição espacial da chuva na bacia. É interessante observar que a forma de um hidrograma vai 60917199200

depender tanto das características físicas da bacia como também das características da precipitação. Os estudos baseados na análise do hidrograma compreendem um dos métodos conceituais usados na determinação de parâmetros de projeto, na transformação da chuva em vazão. 2.2 -

Características físicas e

funcionais de

uma

Bacia

Hidrográfica

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 16 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 A discussão das características físicas e funcionais das bacias hidrográficas tem a finalidade de proporcionar o conhecimento dos diversos fatores que determinam a natureza da descarga de um rio. A utilização das características físicas pode ser resumida a três utilidades básicas: - Explicação de observações passadas ou criação de cenários futuros, como por exemplo, no planejamento de drenagem de uma cidade, prevendo-se as áreas impermeabilizadas futuras. - Transposição de dados entre bacias vizinhas. É muito comum não se dispor de dados observados de vazões no local de interesse de um projeto; entretanto, encontrando-se uma bacia vizinha com dados históricos ou eventualmente dados no mesmo rio, mas em seções distantes, pode-se através de fórmulas empíricas ou por uma análise estatística regional, correlacionar os dados de vazões com as características físicas das bacias. - Criação de fórmulas empíricas para generalizações regionais dessas correlações. Em geral, estas são efetuadas mais com um cunho científico, de forma independente à uma necessidade de estudo específico. O escoamento num curso d'água é condicionado a diversos fatores, podendo ser divididos em dois grupos (fatores climáticos e fatores físicos). São estes fatores que irão determinar as variações de escoamento de bacia para bacia.

60917199200

Fatores

climáticos:

Precipitação;

Evapotranspiração;

Parâmetros secundários ligados aos primeiros (radiações solares, temperaturas, umidade do ar, vento,...). Fatores físicos (intimamente ligados às características da bacia hidrográfica):

Uso

e

Tipo

do

solo

/

florestas;

Área;

Forma;

Declividade da bacia; Elevação; Declividade do Curso D’água; Tipo da Rede de Drenagem; Densidade de drenagem.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 17 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 a) Uso e tipo do solo / florestas da bacia hidrográfica: Um dos fatores fisiográficos mais importantes que afetam o escoamento é o uso do solo ou controle da terra. Uma área constituída por floresta com o solo coberto por folhas e galhos, durante as maiores precipitações, evitam que o escoamento superficial atinja o curso d’água num curto intervalo de tempo, mitigando, assim, uma enchente. Se esta área for desflorestada e seu solo compactado ou impermeabilizado, aquela chuva que antes se infiltrava no solo, pode provocar enchentes nunca vistas. Entretanto, esse fator não tem influência sensível nas maiores enchentes catastróficas. As florestas têm ação regularizadora nas vazões dos cursos d’água, mas não aumentam o valor médio das vazões. Em climas secos, a vegetação pode até mesmo diminuí-lo em virtude do aumento da evaporação. As características do escoamento superficial também são bastante influenciadas pelo tipo predominante de solo, devido à capacidade de infiltração dos diferentes solos, que por sua vez é função do tamanho dos grãos do solo, da sua agregação, da forma e do arranjo das partículas. Solos que contém material coloidal contraem-se e incham-se com as mudanças de umidade, afetando a capacidade de infiltração. 60917199200

b) Área da bacia hidrográfica: É a área plana definida pela projeção horizontal do divisor de águas. Seu valor multiplicado pela lâmina da chuva precipitada define o volume de água recebido pela bacia. A determinação da área de drenagem de uma bacia é feita com o auxílio de uma planta topográfica e de altimetria adequada, traçando-se a linha divisória que passa pelos pontos de maior cota entre duas bacias vizinhas. O cálculo da área pode ser realizado com Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 18 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 boa

precisão

utilizando-se

um

planímetro,

ou

com

recursos

intrínsecos aos aplicativos de Sistemas de Informação Geográfica (SIG), quando se trabalha com a planta digitalizada. As bacias podem ser classificadas em grandes e pequenas. O tamanho da bacia (a área) não é critério suficiente para tal classificação, haja vista que duas bacias de mesma área podem apresentar

comportamentos

hidrológicos

totalmente

distintos.

Considera-se uma bacia pequena quando a quantidade de água acumulada no leito do curso d’água devido à precipitação for superior à quantidade de água acumulada no solo e na vegetação. A área da bacia afeta a grandeza das enchentes, das vazões mínimas, e das vazões médias de várias formas. Ou seja, tem significativa influência sobre o hidrograma como veremos a seguir: - Efeito sobre vazões máximas: Entre duas bacias que diferem apenas pela área, se quantidades iguais de chuva precipitam em intervalos de tempos iguais sobre elas, o volume do escoamento superficial por unidade de área será o mesmo nas duas bacias. Entretanto, esse volume de escoamento estará mais disperso na bacia de maior área. Assim, o tempo necessário para que todo esse volume passe pela seção de saída desta bacia será maior que o tempo gasto na bacia de área menor. Dessa forma, o pico de enchente será menos acentuado na maior bacia (em relação à vazão normal). 60917199200

- Efeito sobre as vazões mínimas: Uma vez cessado o escoamento superficial, a vazão de um curso d’água é alimentada pela água subterrânea. Consequentemente, com o gasto desse armazenamento a vazão do curso d’água vai diminuindo até que o curso d’água fique seco ou haja uma recarga no solo pela precipitação. Estas precipitações, que ocorrem durante as secas atingem algumas partes das grandes bacias, enquanto muitas vezes não caem sobre algumas pequenas sub-bacias. Por esse motivo, a Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 19 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 vazão dos cursos d’água principais das bacias maiores tem maior chance de prover uma vazão firme. - Efeito sobre a vazão média: A área da bacia não afeta diretamente a vazão média. Assim, as vazões médias específicas (vazão por unidade de área) em vários pontos de uma bacia são praticamente constantes.

c) Forma da bacia hidrográfica: As grandes bacias hidrográficas, em geral, apresentam forma de leque ou de pêra, ao passo que as pequenas bacias apresentam formas as mais variadas possíveis em função da estrutura geológica dos terrenos. A forma da bacia influencia no escoamento superficial e consequentemente no hidrograma resultante de uma determinada chuva. Entre os índices propostos para caracterizar a forma da bacia serão calculados o fator de forma e os índices de compacidade e de conformação. Estes índices são utilizados para comparar bacias e para comporem parâmetros das equações empíricas de correlações entre vazões e características físicas das bacias. - Fator de Forma ou índice de Gravelius: é a razão entre a largura média da bacia e o comprimento axial da mesma. O comprimento axial é medido da saída da bacia até seu ponto mais remoto, seguindo-se as grandes curvas do rio principal (não se consideram as curvas dos meandros).

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 20 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

- Índice de Compacidade (Kc): É definido como sendo a relação entre o perímetro da bacia e a circunferência do círculo de área igual à da bacia. Como o círculo é a figura geométrica plana que comporta uma dada área com o menor perímetro, este índice nunca será menor que 1 (um). Bacias que se aproximam geometricamente de um círculo convergem o escoamento superficial ao mesmo tempo para um trecho relativamente pequeno do rio principal. Caso não existam outros fatores que interfiram, os menores valores de Kc indicam maior potencialidade de produção de picos de enchentes elevados.

Kc = 0,28. Onde: P = perímetro da bacia, em km A = área da bacia, em km2

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Índice de Conformação: Compara a área da bacia coma área do quadrado de lado igual ao comprimento axial. Caso não existam outros fatores que interfiram, quanto mais próximo de 1

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 21 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 (um) o valor de Fc, isto é, quanto mais a forma da bacia se aproximar da

forma

do

quadrado

do

seu

comprimento

axial,

maior

a

potencialidade de produção de picos de cheias, pois há uma conversão de todo escoamento para uma mesma região, ao mesmo tempo. Fc = A/L2 Onde: A = área da bacia L = comprimento axial

Fonte: Amorim & Reis (IME)

d) Declividade da bacia hidrográfica: A declividade da bacia ou dos terrenos da bacia tem uma relação importante e também 60917199200

complexa com a infiltração, o escoamento superficial, a umidade do solo e a contribuição de água subterrânea ao escoamento do curso d’água. É um dos fatores mais importantes que controla o tempo do escoamento superficial e da concentração da chuva e tem uma importância direta em relação à magnitude da enchente. Quanto maior

a

declividade,

maior

a

variação

das

vazões

instantâneas.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 22 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 e) Elevação da bacia hidrográfica: A variação da elevação e também a elevação média de uma bacia são fatores importantes com relação à temperatura e à precipitação. f) Declividade do curso d’água da bacia hidrográfica: A velocidade de escoamento da água de um rio depende da declividade dos canais fluviais. Quanto maior a declividade, maior será a velocidade de escoamento. Assim, os hidrogramas de enchente serão tanto mais pronunciados e estreitos, indicando maiores variações de vazões instantâneas.

g) Tipo da rede de drenagem da bacia hidrográfica: Podemos caracterizar o tipo da rede de drenagem através da ordem dos cursos d’água, da densidade de cursos d’água e da densidade de drenagem. - Ordem dos cursos d’água: A classificação dos rios quanto à ordem reflete no grau de ramificação ou bifurcação dentro de uma bacia. Os cursos d’água maiores possuem seus tributários, que por sua vez possuem outros até que se chegue aos minúsculos cursos d’água da extremidade. As correntes formadoras, isto é, os canais que não possuem tributários são considerados de primeira ordem. Quando dois canais de primeira ordem se unem é formado um segmento de segunda ordem. A união de dois rios de mesma ordem resulta em um rio de ordem imediatamente superior; quando dois 60917199200

rios de ordens diferentes se unem, formam um rio com a ordem maior dos dois. Para se determinar corretamente a ordem, situam-se num mapa todos os cursos d’água, perenes ou intermitentes, mas não se deve incluir ravinas de água que não possuem curso definido. Geralmente, quanto maior a ordem de um curso d’água maior é a sua extensão:

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 23 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Densidade de cursos d’água: A densidade de cursos d’água é a relação entre o número de cursos d’água e a área total da bacia. São incluídos apenas os rios perenes e os intermitentes. O rio principal é contado apenas uma vez de sua nascente até a foz e os tributários de ordem superior, cada um se estendendo da sua nascente até a junção como rio de ordem superior. A densidade de cursos d’água não indica a eficiência da drenagem, pois a extensão dos cursos d’água não é levada em conta.

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Densidade de drenagem: A densidade de drenagem indica a eficiência da drenagem na bacia. É definida pela relação entre o comprimento total dos cursos d’água e a área de drenagem. Quanto mais eficiente o sistema de drenagem, ou seja, quanto maior Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 24 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 a densidade de drenagem da bacia, mais rapidamente a água do escoamento superficial originada da chuva chegará à saída da bacia, gerando hidrogramas com picos maiores e em instantes mais cedo.

2.3 - Tempo de Concentração

É uma medição do tempo necessário para o escoamento ocorrer do ponto mais remoto da bacia hidrográfica ao exultório da bacia.

Fonte: Gribbin (2014)

Cada

bacia

concentração,

de

drenagem

dependendo

do

tem

seu

tamanho,

próprio

forma,

tempo

declividade

de e

condições do solo. O ponto mais remoto é aquele em que a bacia 60917199200

requer mais tempo para escoar. O ponto mais remoto não, necessariamente, é o mais distante do exutório, pois a água pode escoar vagarosamente em razão da declividade e das condições do solo. O percurso na bacia de drenagem do ponto mais remoto ao exutório denomina-se vertente. O escoamento sobre o solo geralmente é o primeiro tipo de escoamento. Caracteriza-se por um escoamento laminar, semelhante Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 25 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 à maneira como a água escoa sobre um pavimento. Esse é o mais lento de todos os tipos de escoamento, e é calculado por um nomógrafo ou por equação empírica. O escoamento concentrado raso ocorre quando as reentrâncias naturais do terreno fazem o escoamento formar pequenos regatos. Por serem mais concentrados, a eficiência do escoamento aumenta, e,

consequentemente,

a

velocidade.

O

tempo

de

escoamento

concentrado raso é determinado por monógrafo empírico. O escoamento de um curso d’água geralmente é o último e o mais rápido, que ocorre ao longo da vertente. O tempo pode ser calculado pela equação de Manning. O tempo de concentração é um parâmetro fundamental para o cálculo da vazão máxima ou vazão de pico. Se o escoamento leva muito tempo para atingir o exutório, a vazão de pico será inferior, caso levasse mais tempo.

3 - PRECIPITAÇÃO

Precipitação é o termo geral dado a todas as formas de água depositada na superfície terrestre e oriunda do vapor d’água na atmosfera, tais como neblina, granizo, geada, neve, orvalho e chuva. É o elemento alimentador da fase terrestre do ciclo hidrológico e constitui fator importante para os processos de escoamento 60917199200

superficial direto, infiltração, evaporação, transpiração, recarga de aqüíferos, vazão básica dos rios e outros. Comumente os termos precipitação e chuva se confundem, uma vez que a neve é incomum no país, e as outras formas pouco contribuem para a vazão dos rios. A magnitude de uma precipitação é descrita pelo número de mm de chuva, junto com sua duração (intensidade).

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 26 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 A probabilidade de ocorrência é descrita como período de retorno, que é o número médio de anos entre dois eventos de chuva que se igualam ou excedem um determinado número de mm durante uma determinada duração. 3.1 – Formas de precipitação

As precipitações apresentam formas diferentes dependendo da temperatura na qual ocorre a condensação e das condições existentes durante a queda das partículas na direção do solo:

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 27 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

3.2 – Formação das Precipitações O vapor d’água contido na atmosfera constitui um reservatório potencial de água doce que ao se condensar possibilita a ocorrência de precipitações. Embora a umidade atmosférica seja o elemento indispensável para a ocorrência de chuva, ela não responde sozinha por sua formação. A formação está intimamente ligada à ascensão, ao resfriamento e à condensação das massas de ar, sendo que a precipitação dependerá da formação de núcleo higroscópicos para que atinjam peso suficiente para vencer as forças de sustentação. Quando ocorre o movimento vertical e o ar é transportado para níveis mais altos, seja por convecção, relevo ou ação frontal das massas, há uma expansão devido a diminuição da pressão. Essa expansão é adiabática, uma vez que não há troca de calor com o ambiente. Porém, a temperatura é reduzida, devido à energia térmica ter sido utilizada em seu processo de expansão. Como resfriamento, a massa de ar pode atingir seu ponto de saturação com a consequente condensação do vapor em gotículas (nuvens).

3.2.1 - Elementos de Hidrometeorologia 60917199200

a) Temperatura, Pressão e Circulações do vapor d’água na atmosfera A atmosfera é uma camada gasosa que envolve a terra, constituída por uma mistura de ar seco (97% - Nitrogênio 78%, Oxigênio 21%, Gases Nobres), vapor d’água e partículas sólidas em suspensão. Os

fenômenos

hidrometeorológicos

ocorrem

principalmente na troposfera, que é a camada em contato com a Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 28 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 superfície terrestre, com 16.000 m no equador e 8.000 m nos pólos, sendo o principal meio de transporte de massa (água, partículas sólidas, e poluentes), energia (energia térmica recebida pelo sol) e quantidade de movimento (ventos) sobre a superfície da terra. Devido ao efeito estufa natural, mais especificamente ao espectro de absorção da atmosfera e aos diferentes comprimentos de onda entre a energia incidente e a energia emitida pela superfície, verifica-se que a principal fonte de aquecimento da atmosfera é a superfície terrestre. As camadas inferiores, por contarem com mais vapor, gotas e partículas sólidas, tornam-se mais eficientes em absorver a radiação terrestre que as camadas mais altas. Desta forma, dentro da troposfera, existe um gradiente de temperatura aproximado de 6 a 7oC para cada 1.000 m de altitude. Assim, verticalmente, a temperatura diminui com a altitude. Analogamente, na troposfera a pressão também diminui. Horizontalmente

também

temos

diferentes

zonas

de

temperatura e de pressão. A nível global, devido às variações de potência incidentes, e localmente devido aos diferentes calores específicos da terra e dos oceanos. Estas pressões diferentes provocam ventos que transportam a umidade das regiões de maior pressão para as de menor pressão, isto é, das regiões mais aquecidas para as mais frias. Apesar do gradiente de pressão ser o principal mecanismo formador dos ventos, estes também são influenciados 60917199200

pela força de Coriolis resultante da rotação da terra, que provoca um deslocamento das massas de ar para a esquerda no hemisfério sul (para a direita no norte); e pela

força centrífuga, que aparece

quando os ventos apresentam curvaturas em função das isobáricas não estarem retilíneas e paralelas. Até 1.000 m de altitude atua também sobre o vento a força de atrito no sentido oposto ao do movimento do ar.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 29 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 Desta forma, a circulação geral da atmosfera ocorre conforme o mostrado na figura a seguir:

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Conforme vimos, os ventos são formados principalmente pelo gradiente de pressão, mas estes sofrem influência da força de Coriolis. É devido a esta força que temos a formação de ciclones e 60917199200

anticiclones respectivamente sobre os centros de baixa e de alta pressão. Nas zonas equatoriais temos uma forte ascensão de ar provocada pelo forte aquecimento das camadas inferiores. Isto faz que nesta região tenhamos centros de baixa pressão. Analogamente o forte resfriamento nas camadas inferiores dos pólos provoca um abaixamento (por resfriamento e aumento de densidade) das massas de ar superiores, formando nestas regiões centros de alta pressão. Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 30 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 Nos centros de baixa pressão ocorre, pelo gradiente de pressão, um movimento convergente em direção ao centro e uma ascensão das camadas de ar mais baixas. Contudo, devido à força de Coriolis, no hemisfério sul, há um deslocamento para esquerda, o que faz com que a massa de ar, além de convergir e subir, execute um movimento no sentido horário denominado de movimento ciclônico. Analogamente, nos centros de alta pressão, pelo gradiente de pressão, há a redução de altitude das camadas de ar mais altas e, nas camadas mais baixas, um movimento divergente partindo do centro. Da mesma forma, devido à força de Coriolis, no hemisfério sul, há um deslocamento para a esquerda, o que faz com que a massa de ar, além de descer e divergir, execute um movimento no sentido anti-horário que chamamos de movimento anti-ciclônico. Vimos que à medida que se sobe, baixa-se a temperatura. Isto faz com que as massas úmidas se condensem formando nuvens. Desta forma, à medida que estas massas sobem, tornam-se menos úmidas e mais secas. Devido a este fenômeno, temos sobre os centros de baixa pressão locais de tempo ruim e sobre os centros de alta pressão locais de tempo bom. Isto ocorre porque nos centros de baixa pressão as massa de ar que são convergidas e ascendidas são as mais baixas, isto é, as mais úmidas, que após a ascensão, resfriam condensam e, possivelmente, precipitam, enquanto que sobre os centros de alta pressão as camadas que descem e divergem 60917199200

são mais altas, isto é, mais secas, sem potencial (água) para precipitação.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 31 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

b) Umidade do ar e pressão de vapor Para

existir

condensação

e

possivelmente

precipitação

é

imprescindível haver umidade (água) na massa de ar. Assim, para estimar o potencial de precipitação, é importante haver uma medida da umidade do ar. Conforme visto no ciclo hidrológico, o vapor d’água dá entrada na atmosfera através da evaporação e da evapotranspiração. Na evaporação, que é a principal fonte, com o aumento da temperatura, as moléculas de água rompem a tensão superficial e passam para o ar. As moléculas vão ocupando os espaços entre as moléculas do ar 60917199200

seco, causando a chamada umidade do ar, contudo, este processo não segue indefinidamente. Existe um limite para a quantidade de vapor d’água que um dado volume de ar pode suportar, e, quando esse limite é alcançado, diz-se que o ar está saturado. O ar quente pode suportar mais vapor do que o ar frio. Para cada grau de elevação da temperatura, verificase, também, um aumento do conteúdo do vapor d’água para a saturação. Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 32 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 A pressão atmosférica decorre de uma composição de pressões parciais exercidas pelos gases que a constituem. A parcela de pressão devida a presença do vapor d’água é denominada pressão de vapor d’água (e). Suponha uma superfície de água em evaporação, em um sistema fechado, envolta em ar. Sob a ação de uma fonte de calor, a água vai sendo evaporada até o estado de equilíbrio, quando o ar está saturado de vapor e não pode mais absorvê-lo. As moléculas de vapor d’água exercerão então uma pressão, denominada pressão de saturação de vapor d’água (es), para determinada temperatura do sistema. O valor de es muda com a temperatura como mostra a figura a seguir:

60917199200

A saturação do ar pode se dar por três processos básicos: - Processo isotérmico – a temperatura é mantida constante e o vapor d’água é incorporado ao ar para suprir sua deficiência de umidade. Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 33 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 - Processo isobárico – a pressão é conservada constante e o ar é submetido a um resfriamento até interceptar a curva de saturação de vapor. Esta temperatura corresponde a temperatura do ponto de orvalho (td). Ou seja, a temperatura de ponto de orvalho

é

aquela

isobaricamente

é

na

qual

uma

massa

de

ar

resfriada

resfriada

até

atingir

a

condição

de

saturaçãodo vapor d’água. - Livre saturação – se a água evapora livremente dentro da massa de ar, a saturação é atingida à pressão e temperaturas diferentes das que tinha inicialmente, uma vez que a evaporação necessita de calor (calor latente de evaporação), que é retirado do próprio ar. Assim, à medida que a umidade e a pressão aumentam, a temperatura diminui. O ponto P irá se mover na diagonal até atingir a curva

de

saturação

a

uma

temperatura

tw

denominada

de

“temperatura do bulbo úmido”. Quando o ar possui uma tensão de vapor es, é impossível comprimir o vapor de água por resfriamento sob a forma gaseiforme. Ao aproximar mais suas moléculas, o vapor saturante se liquefaz e se condensa. Os valores de tensão de vapor saturante (es) podem ser obtidos em função dos valores de temperatura do ar T através de gráficos, tabelas ou fórmulas como a de Tetens: 60917199200

es = 6,11 x 10(a x T)/(b + T) Como a quantidade de vapor d’água é fator imprescindível a precipitação, devemos estabelecer índices de umidade do ar e medilos. A quantidade de vapor d’água no ar expressa-se simplesmente pela relação peso/volume (gramas/m3). Os principais índices de umidade do ar são:

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 34 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 - Umidade absoluta (

v):

É a relação entre a massa de vapor

d’água, mv, e o volume de ar que a contém. - Umidade relativa (U): é a relação entre o percentual que expressa a quantidade real de vapor d’água no ar e o valor de saturação para a mesma temperatura. Ou seja, é a relação entre a quantidade de vapor d’água existente no ar e a quantidade de vapor d’água necessária para saturá-lo:

U = (e/es)

- Razão ou teor de mistura (W): é a razão entre a massa de vapor d’água e a massa de ar úmido que a contém.

W = mv/ma =

v/ a

- Umidade específica (q): é o quociente entre a massa de vapor d’água e a massa de ar seco com a qual o vapor se mistura.

W = mv/(ma+mv)

A umidade atmosférica, na prática corrente, é medida através deum aparelho chamado psicômetro. 60917199200

c) Crescimento das gotas e formação das precipitações Conforme foi visto, quando o ar possui uma tensão de vapor es é impossível comprimir o vapor de água por resfriamento sob a forma gaseiforme. Ao aproximar mais suas moléculas o vapor saturante se liquefaz e se condensa. Quando ocorre o movimento vertical e o ar é transportado para níveis mais altos, seja por convecção, relevo ou ação frontal das massas, há uma expansão devido a diminuição da pressão. Essa Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 35 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 expansão é adiabática, uma vez que não há troca de calor com o ambiente. Porém, a temperatura é reduzida, devido à energia térmica ter sido utilizada em seu processo de expansão. Como resfriamento, a massa de ar pode atingir seu ponto de saturação com a consequente condensação do vapor em gotículas que formam as nuvens. Esta condensação é realizada sobre partículas minúsculas (diâmetro 0,01 a 1 mícron) de várias origens (argilosas, orgânicas (pólen), químicas e sais marinhos) que são conhecidas como núcleos de condensação. Entretanto, a condensação do vapor em gotículas não garante que haja precipitação. Para que ocorra a precipitação, é necessário que as gotas tenham um volume tal que seu peso seja superior às forças que a mantém em suspensão, adquirindo assim uma velocidade superior às componentes verticais ascendentes dos movimentos atmosféricos. Estas gotículas, após condensadas, apresentam diâmetros variando entre 0,01 e 0,03 mm em massa, variando de 0,5 a 1 g/m3 de ar. Como as gotas de chuva têm diâmetros variando de 0,5 a 2 mm, para precipitação, é necessário que elas cresçam. O crescimento das gotas ocorre devido a dois fatores: ao crescimento por condensação do vapor d’água e devido à absorção de uma pela outra devido à choques entre elas (processo de coalescência direta). 60917199200

c.1) Crescimento por condensação do vapor d’água O vapor d’água existente no ar atmosférico possui massa de 1 a 5 g/m3 de ar, enquanto que as gotículas possuem massa variando de 0,5 a 1 g/m3. Para que haja uma transferência de massa através da condensação do vapor d’água, é necessário que certas gotículas das nuvens tenham tensão de vapor inferior à tensão de vapor d’água do ar. Existem três casos em que esta situação ocorre: Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 36 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 - Em nuvens frias (temperaturas abaixo de 0ºC – teoria de Tor Bergeron): abaixo de zero a tensão máxima de vapor é menor para o gelo do que para a água sobrefundida. Desta forma, as gotículas de água sobrefundida vaporizam-se em proveito dos cristais de gelo. Esta situação ocorre em regiões frias e temperadas; - Em nuvens com temperatura superior à 0ºC: as gotículas quentes têm tensão de vapor maior que a das demais partículas, ocorrendo a vaporização destas em proveito das gotículas mais frias. Esta situação ocorre em regiões de média e baixa latitude; - Em nuvens constituídas por gotículas salinas: A tensão de vapor da água salgada é menor que a da água pura, assim, as gotículas de água pura vaporizam-se em proveito das salinas. Entretanto, experiências laboratoriais mostram que estas ações de condensação isoladas não conseguem produzir gotículas de diâmetro superior a 0,2 mm. Como elas têm que crescer no mínimo até 0,5 mm, é necessário a ação conjunta de um outro mecanismo, conhecido por coalescência direta. As gotas de chuva chegam a um diâmetro máximo de 5,5 mm. Acima disso elas se rompem devido à resistência do ar formando gotas menores antes delas atingirem o limite de velocidade de queda. Chuvas têm sido provocadas artificialmente pela disseminação de gotículas frias ou com cloreto de sódio em solução, em nuvens quentes; ou pela disseminação de partículas muito frias (anidrido 60917199200

carbônico sólido) ou de cristais com estrutura próxima à do gelo (cristais de iodeto de prata).

c.2) Crescimento por coalescência direta Através deste processo ocorre absorção de uma gotícula, já aumentada por condensação do vapor, por outra, através do choque entre elas. Várias teorias explicam o movimento relativo e os choques sucessivos

entre

Prof. Marcus V. Campiteli

as

partículas

(atração

eletrostática,

www.estrategiaconcursos.com.br

indução Página 37 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 eletromagnética,

atração

hidrodinâmica,

microturbulência

etc;),

entretanto, verifica-se em laboratório que nenhum deles justificaria o rápido crescimento inicial que é observado nas gotículas. Observa-se, contudo, que estas teorias explicariam satisfatoriamente o posterior crescimento, pois o número de choques prováveis aumenta com o diâmetro das partículas, principalmente quando as partículas já aumentadas vencem as correntes de suspensão e começam a cair, chocando-se com as partículas que ainda estão em suspensão. Desta forma, o processo de coalescência direta é responsável pelo crescimento das gotículas somente após um crescimento inicial por condensação. 3.3 – Tipos de Precipitação

A ascensão do ar é considerada o estopim da formação das chuvas, portanto, nada mais lógico que classificá-las segundo a causa que gerou este movimento. De acordo com os mecanismos que provocam a ascensão das massas de ar, as precipitações podem ser classificadas em três tipos: - orográficas: a massa de ar é jogada para cima por uma cadeia de montanhas; - convectivas: a massa de ar é jogada para cima por um forte e desigual aquecimento da superfície terrestre em áreas 60917199200

tropicais; - frontais: a massa de ar é jogada para cima por ação de massas frontais. O fato da massa de ar ser ascendida e ter se condensado em nuvens não significa que ela continuará subindo e condensando até se precipitar. Isto depende se a massa de ar ultrapassará ou não a cota da linha de estabilidade. Ela só continuará ascendendo se o mecanismo de elevação (frontal, orográfico ou convectivo) elevar Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 38 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 esta massa acima da cota denominada linha de estabilidade. Caso a elevação não atinja esta cota, as nuvens ao invés de continuar subindo começarão a descer e as gotículas de água se revaporizarão. 3.3.1 - Ascensão – Estabilidade e instabilidade: Uma vez que podemos admitir que o ar comporta-se como um gás perfeito, pela equação que rege a física destes, podemos concluir que a medida que o ar é aquecido este decresce em densidade, isto é, ele tende a se tornar mais leve e a subir. Se elevo uma partícula (uma massa de ar) até uma dada altura, podemos concluir que: se a temperatura externa é maior que a da partícula (isto é a massa externa é menos densa que a partícula) ela desce, se é menor ela sobe, se igual ela fica parada. Vimos ainda que a temperatura e a pressão diminuem com a altura. Se a massa de ar está seca ou ainda não está saturada, a temperatura decresce a uma taxa de – 10ºC/Km. Neste caso dizemos que temos um gradiente de temperatura do tipo DARL (dry adiabatic rate lapse). No caso em que a partícula (a massa dear) sobe verticalmente por ação de um dos mecanismos de elevação, ela esfria a uma taxa ( ) (do tipo DARL - adiabática seca). Porém, se a massa de ar já está saturada, à medida que esta sobe

ela

se

condensa

liberando

calor

latente,

e,

com

este

aquecimento, a taxa de decréscimo da temperatura é menor que 60917199200

10ºC/Km (seria, por exemplo, de - 2,5ºC/ Km, ou de - 1,8ºC/Km dependendo de quão úmida está esta massa de ar (quanto mais úmida menor o gradiente)). Neste caso dizemos que a temperatura cai a uma taxa do tipo SARL (saturated adiabatic rate lapse). No caso da massa de ar do ambiente para o qual a partícula foi elevada temos um resfriamento a uma taxa deste tipo SARL (adiabática úmida). O nível de estabilidade é dado pelo cruzamento das linhas DARL e SARL (figura a seguir). Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 39 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Quando uma partícula (massa de ar) é elevada a uma cota acimado nível de estabilidade, temos a temperatura do ambiente menor (mais densa) que a da partícula, pois a partícula foi resfriada a uma taxa maior (DARL), neste caso a partícula por ser menos densa continuará subindo. Caso esta seja elevada a uma cota inferior ao nível de estabilidade, a temperatura do ambiente será maior (menos densa) e a partícula cairá, diminuindo de cota, aumentando de temperatura e re-evaporando o vapor que tinha se condensado, isto é, as nuvens sumirão.

3.3.2 - Orográficas: Ocorrem

quando

ventos

quentes

e

úmidos,

soprando

geralmente dos oceanos para os continentes, encontram uma barreira montanhosa que forçam sua elevação, e consequente, a 60917199200

condensação adiabática, formando nuvens que crescem e precipitam. São chuvas de pequena intensidade e grande duração, que ocorrem em pequenas áreas no sentido do deslocamento e grandes áreas (definidas pelo comprimento da escarpa de montanha) na escala de bacias hidrográficas no sentido transversal ao deslocamento. Estas são frequentes na Serra do Mar. A figura a seguir mostra o mecanismo de uma chuva orográfica.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 40 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Quando

os

ventos

conseguem

ultrapassar

a

barreira

montanhosa, projeta-se do lado oposto uma sombra pluviométrica de características secas e semi-áridas, causadas pelo ar seco que chega após a descarga de toda a umidade na encosta oposta.

3.3.3 - Convectivas Vimos que à medida que o ar é aquecido decresce em densidade, isto é, ele tende a se tornar mais leve. Sabemos ainda que a superfície terrestre não é homogênea e temos materiais com diferentes calores específicos compondo esta. Isto faz com que o ar seja aquecido de forma desigual nestas diferentes regiões. Por exemplo, áreas de floresta esquentam menos que áreas urbanas ricas em concreto easfalto. Como resultado deste aquecimento diferencial temos o aparecimento de camadas de ar com diferentes densidades; surgem então forças ascendentes que elevam o ar mais quente (mais 60917199200

leve) através do ar vizinho mais frio (mais denso). Em tempo quente e calmo, quando a superfície do solo e, consequentemente, o ar úmido em contato com ela, é aquecido de forma desigual, podem ser criadas camadas de ar que se mantêm em equilíbrio instável. Perturbado o equilíbrio, forma-se uma brusca ascensão local de ar menos denso, que atinge seu nível de condensação,

com

formação

de

nuvens

e,

muitas

vezes,

de

precipitação. São características de regiões equatoriais, onde os Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 41 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 ventos são fracos e os movimentos de ar são essencialmente verticais, podendo ainda ocorrer em regiões temperadas durante o verão. São chuvas de grande intensidade e de pequena duração, restritas a pequenas áreas, da ordem de grandeza de bairros, podendo provocar enchentes e inundações nestes. A figura a seguir mostra o mecanismo de uma chuva convectiva.

Fonte: Amorim & Reis (IME)

3.3.4 - Frontais Frentes, zonas frontais, ou sistemas frontais são regiões de descontinuidade

térmica

separando

duas

massas

de

ar

de

características diferentes. São, em geral, delgadas zonas de transição 60917199200

entre uma massa de ar quente (menos densa) e uma de ar frio (mais densa). O deslocamento relativo das massas de ar é que define a denominação: - frente fria: é aquela no qual o ar frio proveniente de altas latitudes

(zonas

provocando

sua

polares) ascensão,

avança

em

posterior

direção

ao

ar

quente,

condensação,

e

possível

precipitação. Numa frente fria o ar frio que se move está em contato com a superfície terrestre, e as camadas mais próximas o solo são Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 42 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 retardadas pela turbulência e pelo atrito, produzindo uma superfície frontal relativamente inclinada (da ordem de 1:10, de 10 a 100 vezes maior que a das frentes quentes). Desta forma o ar quente é levantado de forma rápida, produzindo tempestades intensas em áreas menores no sentido do deslocamento. No sentido transversal ao deslocamento temos uma ordem de grandeza continental do fenômeno. - frente quente: é aquela no qual o ar quente oriundo das baixas e médias latitudes (zona equatorial) avança em direção ao ar frio, que mais denso funciona como uma cunha de ar frio que age sobre a massa de ar quente levantando-a. Posteriormente esta se condensa e possivelmente precipita. As camadas inferiores de ar quente também são retardadas nas proximidades do solo, mas neste caso a declividade da superfície frontal é reduzida (costuma estar entre 1:100 e 1:1000), e a espessura da camada de transição atinge vários quilômetros. Desta forma o ar úmido eleva-se de forma relativamente lenta e a precipitação espalha-se por uma área maior que a da frente fria no sentido do deslocamento. No sentido transversal ao deslocamento temos uma ordem de grandeza continental do fenômeno. A figura a seguir mostra o mecanismo de uma chuva frontal e a escala desta no sentido transversal do deslocamento. 60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 43 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

2)

–

(63

Petrobras/2012

–

Cesgranrio)

Em

uma

determinada bacia hidrográfica, ocorreu uma chuva provocada pelo desvio ascendente das correntes aéreas do ar quente e úmido,

provenientes

de

um

oceano

próximo,

que,

ao

encontrarem uma cadeia montanhosa em sua rota, sofreram resfriamento e condensação. Esse tipo de precipitação é denominado chuva (A) convencional (B) convectiva (C) frontal (D) orográfica (E) sazonal 3.4 – Medidas da Precipitações 3.4.1 – Grandezas características As grandezas que caracterizam uma chuva e que devem ser avaliados na medida de precipitações são: - Altura Pluviométrica (P em mm): é a espessura média da 60917199200

lâmina de água precipitada que recobriria a região atingida pela precipitação, admitindo-se que esta água não se infiltre, evapore ou escoe para fora dos limites da região. - Duração (t em min, h, dia): é o tempo durante o qual a chuva cai. - Intensidade (i em mm/min ou mm/h): é a precipitação por unidade de tempo. Esta apresenta variabilidade temporal, mas

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 44 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 para análise dos processos hidrológicos geralmente são definidos intervalos de tempo nos quais esta é considerada constante. - Freqüência (F em vezes): é o número de ocorrências de um determinado evento (por exemplo: a precipitação máxima para uma dada duração) em um dado intervalo de tempo. - Tempo de recorrência (Tr em anos): é o intervalo de tempo médio em

que um dado evento

(por

exemplo, a

precipitação máxima para uma dada duração) pode ser igualado ou superado. A relação entre a freqüência e o tempo de recorrência é dada por: F = 1/ Tr. Por exemplo, uma precipitação com 1% de probabilidade de ser igualada ou superada em um ano tem um tempo de recorrência de 100 anos. No

caso

de

precipitações

mínimas,

Tr

é

o

inverso

da

probabilidade de não excedência. 3.4.2 – Instrumentos de Medida

Exprime-se a quantidade de chuva (P) pela altura de água precipitada e acumulada sobre uma superfície plana e impermeável. Para

sua

medida

dispõe-se,

basicamente,

dos

seguintes

instrumentos: os pluviômetros, os pluviógrafos, os satélites e os radares meteorológicos.

60917199200

- Pluviômetro – consiste de um receptor cilindro-cônico e de uma proveta graduada de vidro. A água é retirada por uma torneira no fundo do aparelho e medida através da proveta graduada em mm. São feitas medidas às 7 e às 19 horas. Este consegue medir apenas a altura de precipitação diária (em 24 horas), não indicando a intensidade das chuvas ocorridas.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 45 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

-

Pluviógrafo

–

É

um

aparelho

capaz

de

registrar

continuamente a precipitação em um determinado local. Ou seja, este serve para realizar medidas no tempo. Consiste de um registrador automático, trabalhando em associação a um mecanismo de relógio; este imprime rotação a um cilindro, envolvido em papel graduado, sobre o qual uma pena grafa a altura da precipitação registrada, ao se deslocar juntamente com uma bóia colocada no recipiente de captação. A figura a seguir mostra um pluviógrafo.

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Satélites e radares meteorológicos: são aparelhos usados para medir as precipitações no tempo e no espaço. Estes são empregados para se observar a localização e o movimento de áreas de precipitação, ou seja, eles medem a chuva espacialmente. Estes

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 46 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 permitem estabelecer com precisão o traçado das linhas isoetas (linhas de igual precipitação). 3.5 – Precipitação média em uma bacia A maioria dos problemas hidrológicos requer a determinação da altura de chuva ocorrida em uma bacia hidrográfica. Devido a precipitação, pela própria natureza do fenômeno, não ocorrer de modo uniforme sobre toda a bacia, é necessário calcular a altura média precipitada. Sua determinação é feita com base nos dados pluviométricos de estações pluviométricas, que já foram processados. Toma-se a precipitação média como uma lâmina de água de altura uniforme sobre toda a área considerada, associada a um determinado período de tempo. Cabe ressaltar que isto é uma abstração, pois a chuva real apresenta distribuições espaciais e temporais variáveis. Para a determinação da pressão média em uma área são usados os seguintes métodos:

- Método Aritmético: Este método consiste em se calcular a média aritmética de todos os postos situados dentro da área de estudo. É o de maior simplicidade, porém apresenta algumas restrições quanto ao seu uso, tais como: os postos devem ser uniformemente distribuídos, os valores de cada posto devem estar próximos ao da média, e o relevo deve ser o mais plano possível. 60917199200

- Método de Thiessen: Este método pode ser usado para aparelhos não uniformemente distribuídos, uma vez que o mesmo pondera os valores obtidos em cada posto por sua zona de influência. O método possui as seguintes etapas: 1) de posse do mapa da bacia hidrográfica unem-se os postos pluviométricos adjacentes por linhas retas; 2) traçam-se as mediatrizes dessas retas formando polígonos; Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 47 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 3) os lados dos polígonos são os limites das áreas de influência de cada estação; 4) a precipitação média sobre a bacia é calculada por:

h= Onde: Pi = precipitação observada no posto Ai = área de influência do posto ∑Ai = área total da bacia

- Método das Isoietas: Considerado o mais preciso, este método baseia-se em curvas de igual precipitação. A dificuldade maior em sua implementação consiste no traçado destas curvas, que requer sensibilidade do analista. O método possui as seguintes etapas: 1) De posse dos dados pluviométricos obtidos nos postos da bacia, traçam-se as curvas de igual precipitação (Isoietas). O procedimento é semelhante ao adotado para curvas de nível. 2) Calcula-se para cada par sucessivo de isoietas o valor médio da altura de chuva precipitada. 3) Planimetra-se as áreas entre isoietas sucessivas. 4) Calcula-se a média ponderada dos valores obtidos no 60917199200

passo 2 (hmed

iso),

tomando como peso a área planimetrada

correspondente (área entre as isoetas). A média ponderada obtida corresponde à precipitação média sobre a bacia em análise.

hmed =

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 48 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 3.6 – Chuvas intensas Chuvas intensas são aquelas que são mais concentradas no tempo e no espaço e que se repetem com menor frequência. Para o dimensionamento

de

estruturas

hidráulicas,

o

hidrólogo

deve

determinar a chuva de maior intensidade que se pode esperar que ocorra com uma dada frequência. A utilização prática desses dados requer que se estabeleça uma relação analítica entre as grandezas características de uma precipitação, quais sejam, a intensidade (i), a duração(t) e a frequência (P). Esta relação pode ser obtida através do traçado de curvas i–d–f em locais com dados, ou através de equações genéricas de chuva. A figura a seguir mostra um exemplo de curva i–d–f.

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

3.6.1 – Equação de Chuvas Intensas A equação da chuva, particular de cada localidade, é obtida partir de registros de pluviógrafos, estabelecendo-se para cada duração de chuva, as máximas intensidades. A representação geral de uma equação de chuvas intensas tem a forma: Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 49 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

i= Onde: Tr = período de retorno t = duração B, d, c, b = constantes i = intensidade em mm/h 4 – EVAPOTRANSPIRAÇÃO 4.1 – Definições

Evaporação: conjunto de fenômenos de natureza física que transformam em vapor a água da superfície do solo, a dos cursos de água, lagos, reservatórios de acumulação e mares. Evaporação potencial: taxa de evaporação de uma dada superfície,

controlada

climaticamente,

quando

a

quantidade

disponível e a taxa de alimentação de água à superfície são ilimitadas. Evaporação real: está condicionada à real alimentação da superfície. Transpiração: evaporação que ocorre das folhas das plantas, 60917199200

através das aberturas dos estômatos. As plantas, através de suas raízes, retiram do solo a água para suas atividades vitais. Parte dessa água é cedida à atmosfera, sob a forma de vapor, na superfície das folhas. Transpiração potencial: evaporação devida à ação fisiológica dos vegetais, dada uma taxa ilimitada de alimentação de água na zona das raízes. É uma função do clima e da fisiologia da planta.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 50 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 Transpiração real: sob condições limitadas de água, depende da habilidade da planta em extrair a umidade do solo parcialmente saturado com capacidade limitada de transferir água. Evapotranspiração: conjunto das duas ações (evaporação e transpiração). Evapotranspiração

potencial:

máxima

evapotranspiração

que ocorreria se o solo e os corpos d’água dispusessem de suprimento de água suficiente. É um valor de referência, pois caracteriza a perda de água da bacia como se toda a vegetação fosse um “gramado” de uma espécie vegetal padronizada. Portanto, é um índice que independe das características particulares de transpiração da cultura plantada na região estudada, levando em conta apenas o clima, o tipo de solo, e as superfícies livres de água na bacia.

A

evapotranspiração potencial pode ser determinada a partir da evaporação potencial, utilizando um coeficiente kp, que particulariza o tipo de solo, ventos, entre outros. Como se verá adiante, esta última é mais fácil de ser determinada, utilizando-se por exemplo, tanques apenas com água. Evapotranspiração real ou efetiva é a perda d´água por evaporação ou transpiração, nas condições reinantes (atmosféricas e de umidade do solo). Nos períodos de deficiência de chuva em que os solos tornam-se mais secos, a evapotranspiração real é sempre menor do que a potencial. Pode-se determinar a evapotranspiração 60917199200

real indiretamente a partir da evapotranspiração potencial através de um coeficiente kc particular para cada tipo de cultura. Perda por evaporação (ou por transpiração): quantidade de água evaporada por unidade de área horizontal durante um certo intervalo de tempo. Intensidade

de

evaporação

(ou

de

transpiração):

velocidade com que se processam as perdas por evaporação. Pode ser expressa em mm/hora ou em mm/dia. Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 51 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

4.2 – Características da evapotranspiração De toda a precipitação que ocorre sobre os continentes, 57% evapora, enquanto que nos oceanos a evaporação corresponde a 112% do total precipitado. Em uma região semi-árida, cerca de 96% da precipitação total anual pode evaporar. A evapotranspiração diária pode variar em uma faixa de 0 a 12 mm por dia. Durante uma chuva intensa, a evaporação é reduzida a um mínimo, por causa das condições de saturação do ar; entretanto, a evapotranspiração entre as tormentas é normalmente suficiente para deplecionar completamente a umidade do solo em regiões áridas e tem influência significativa na umidade do solo e nas respostas hidrológicas futuras em todos os lugares. 4.3 – Fatores intervenientes

- Radiação Solar: O calor radiante fornecido pelo Sol constitui a energia motora para o próprio ciclo hidrológico. - Grau de umidade relativa do ar: O grau de umidade relativa do ar atmosférico é a relação entre a quantidade de vapor de 60917199200

água aí presente e a quantidade de vapor de água no mesmo volume de ar se estivesse saturado de umidade. Essa grandeza é expressa em porcentagem. Quanto maior for a quantidade de vapor de água no ar atmosférico, tanto maior o grau de umidade e menor a intensidade de evaporação. A intensidade de evaporação é função direta da diferença entre a pressão de saturação do vapor d’água do ar atmosférico e a

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 52 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 pressão atual de vapor d’água. Esta correlação é conhecida como a Lei de Dalton: E = C.(es – e) Onde: E = intensidade de evaporação C = constante que depende dos demais fatores que intervêm na evaporação es = pressão de vapor saturante do ar adjacente a superfície líquida e = atual pressão de vapor do ar adjacente a superfície líquida - Temperatura do ar: A elevação da temperatura tem influência direta na evaporação porque eleva o valor da pressão de saturação do vapor de água, permitindo que maiores quantidades de vapor de água possam estar presentes no mesmo volume de ar, para o estado de saturação. De um modo geral um aumento de 10ºC, es dobra. - Vento: O vento atua no fenômeno da evaporação renovando o ar em contato com as massas de água ou com a vegetação, afastando do local as massas de ar que já tenham grau de umidade 60917199200

elevado. - Pressão barométrica: A influência da pressão barométrica é pequena, só sendo apreciada para grandes variações de altitude. Quanto maior a altitude, menor a pressão barométrica e maior a intensidade de evaporação. - Outros fatores: Além desses fatores, pode-se citar as influências inerentes à superfície evaporante, a saber: tamanho da

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 53 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 superfície evaporante, estado da área vizinha, salinidade da água (É menor quanto maior), umidade do solo (É maior quanto maior), cor da água (mais escura absorve mais evapora mais), composição e textura do solo, etc. 3)

(65

–

–

Liquigas/2013

Cesgranrio)

No

estudo

da

evapotranspiração, há uma série de fatores que intervêm na intensidade de evaporação. Dentre esses fatores, está(ão) (A)

a

temperatura,

que

influi

de

forma

inversamente

proporcional à intensidade de evaporação. (B) a salinidade da água, pois, quanto maior o teor de sal na água, menor a evaporação. (C) a pressão barométrica, pois a evaporação é menor em altitudes elevadas. (D) a luz e o calor que atuam nas folhas, reduzindo a transpiração. (E) os ventos, que reduzem a intensidade da evaporação. 5 – INFILTRAÇÃO Os oceanos contêm 97,13% da água do planeta, as massas polares e geleiras 2,24% e as águas subterrâneas 0,61% sendo que, 60917199200

mais de metade, se encontra a mais de 800 m de profundidade, inacessíveis para os atuais meios de operação. A água subterrânea ocupa os vazios do solo e subsolo e constitui reservas importantes. Ela movimenta-se com velocidade muito baixas (percolação). O abastecimento público, através da captação de águas subterrâneas, tem sido utilizado em vários países de acordo comas percentagens: • Alemanha Ocidental: 75% Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 54 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 • Inglaterra: 50% • Estados Unidos: 20% Embora varie de país para país, consoante a maior ou menor disponibilidade hídrica, pode considerar-se como bom um poço que produza 50 m3/hora e muito bom um que forneça 100 m3/hora. Um poço que produz mais de 100 m3/hora (28 l/s) é considerado de alto caudal. 5.1 – Conceitos Básicos

A água precipitada tem os seguintes destinos: - Parte é interceptada pelas vegetações; - Parte é retida nas depressões; - Parte é infiltrada; - O resto escoa superficialmente.

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Infiltração é o fenômeno de penetração da água nas camadas do solo próximas à superfície do terreno. É a passagem da água do ar

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 55 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 para a terra, ou seja, é o movimento da água através da superfície do solo para o seu interior. Percolação é o movimento da água através do solo para camadas inferiores.

a) Fases da infiltração: - Intercâmbio - ocorre na camada superficial de terreno, onde as partículas de água estão sujeitas a retornar à atmosfera por aspiração capilar, provocada pela ação da evaporação ou absorvida pelas raízes das plantas; - Descida – dá-se o deslocamento vertical da água quando o peso próprio (gravidade) supera a adesão e a capilaridade. À medida que água infiltra pela superfície, as camadas superiores do solo vão se umedecendo de cima para baixo, alterando gradativamente o perfil de umidade (afina com a profundidade); - Circulação – devido ao acúmulo da água, o solo fica saturado formando-se os lençóis subterrâneos. A água escoa devido à declividade das camadas impermeáveis.

b) Escoamentos superficial, subterrâneo, e sub-superficial. - Escoamento superficial – chega mais rapidamente à seção transversal do rio; - Escoamento subterrâneo – chega mais lentamente à seção 60917199200

transversal do rio. É o escoamento no subsolo que ocorre abaixo do nível do lençol d'água; - Escoamento sub-superficial – chega lentamente à seção transversal do rio. É o escoamento no subsolo, porém acima do nível do lençol d'água.

c) Distribuição vertical da água no solo

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 56 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 A parte superior da crosta terrestre é normalmente porosa até uma maior ou menor profundidade. Os poros podem, nesta porção da litosfera, estar parcialmente ou completamente cheios de água. A camada superior onde os poros estão parcialmente cheios d’água é designada

zona

de

aeração.

Imediatamente

abaixo

onde

os

interstícios estão repletos d’água, esta é a zona de saturação. - A zona de aeração é dividida em 3 faixas: a faixa de água no solo, a faixa intermediária e a franja de capilaridade. Seus limites não são bem definidos; há uma transição gradual de uma para outra. - Faixa de água do solo ou zona de raízes – É de particular importância

para

a

agricultura,

pois

fornece

a

água

para

o

crescimento das plantas. A água mantém-se nesta faixa pela atração molecular e pela ação da capilaridade, agindo contra a força da gravidade. A atração molecular tende a reter uma delgada película de água sobre a superfície de cada partícula sólida. A capilaridade retém água nos pequenos interstícios das partículas do solo (CETESB, 1978). Só quando a água penetra suficientemente nesta faixa, saturando a capacidade de retenção de água pelas forças capilares, é que a mesma começa a se deslocar verticalmente para baixo (percolação) (wilson, 1969). - Faixa intermediária – da mesma forma que na faixa de água do solo, esta faixa retém a água por atração molecular e capilaridade. A água retida nesta faixa é um armazenamento morto, 60917199200

visto que não pode ser aproveitada para qualquer uso. As franjas capilares não estão saturadas. - Faixa de franja de capilaridade – retém a água acima da zona de saturação por capilaridade, opondo-se à ação da gravidade. Devido à água da zona de saturação nesta faixa as franjas capilares estão saturadas. - A zona de saturação – além das franjas capilares, os demais interstícios estão preenchidos por água, saturados. Aqui o Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 57 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 movimento se deve também e principalmente devido à ação da gravidade. É a única dentre as águas da superfície que propriamente constitui a água subterrânea, obedecendo as leis do escoamento subterrâneo.

60917199200

d) Aquífero e aquiclude Aqüífero é uma rocha da qual se pode extrair água em quantidades satisfatórias. O valor da quantidade satisfatória varia de região para região, mas num clima semi-árido , pode considerar-se como economicamente viável um poço que forneça um caudal superior a 2000 L/hora. Num aqüífero os vazios devem conter água que possa se movimentar e ser extraída por meio de drenos ou furos.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 58 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 As rochas que contêm água, como por exemplo as argilas, mas das

quais

não

se

pode

extraí-la

em

condições

econômicas,

denominam-se aqüitard ou aqüiclude. Aqüiclude é uma rocha que pode

produzir

pequenas

quantidades

de

água,

apresentando

permeabilidade média a baixa. Os aqüíferos são classificados em livres ou freáticos, e em confinados: -

Aqüíferos

livres

ou

freáticos

–

Estão

parcialmente

saturados de água cuja base é uma camada impermeável ou semiimpermeável. O topo é limitado pela superfície livre da água, sob a pressão atmosférica. Por não haver pressão a água de um poço escavado sobre o aqüífero freático não subirá de nível.

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Aqüíferos confinados – Quando no topo e na base existem 60917199200

camadas impermeáveis e o aqüífero está completamente saturado diz-se que é um aqüífero confinado. O nível da água define uma superfície imaginável denominada superfície piezométrica. Num poço perfurado em tal aqüífero, a água pode subir acima do nível freático. Os aqüíferos confinados são chamados de artesianos (de Artois, região de França) e os furos neles perfurados podem ou não jorrar água sem necessidade de bombeamento. Geralmente os aqüíferos

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 59 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 confinados ou artesianos têm uma área em contato com a atmosfera por onde recebem a recarga do aqüífero (área de reabastecimento).

Fonte: Amorim & Reis (IME)

5.2 – Características da Infiltração - Taxa de Infiltração (I) – é a quantidade de água infiltrada na unidade de tempo por unidade de área (infiltração real), em mm/h ou cm/h. É função apenas da intensidade de chuva até o instante de saturação da camada superficial do solo. - Capacidade de infiltração (fc) – é a quantidade máxima de água que um solo, sob uma dada condição, é capaz de absorver na 60917199200

unidade de tempo por unidade de área (infiltração potencial), antes do início do escoamento superficial. Geralmente é expressa em mm/h. A infiltração que realmente ocorrerá depende da capacidade de água que será disponibilizada. - Velocidade de filtração – é a velocidade média com que a água atravessa um solo saturado. É a vazão dividida pela secção reta do escoamento. Esta área inclui a projeção dos poros por onde escoa a água e a projeção da área dos grãos. É a velocidade de Darcy Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 60 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 (fórmula a seguir). A velocidade de filtração não é um bom parâmetro da

infiltração,

pois

depende

somente

do

coeficiente

de

permeabilidade (Ksat) e do gradiente hidráulico (dh/dt). A infiltração, por sua vez, depende também de condições de contorno, sendo melhor

utilizar

o

conceito

de

capacidade

de

infiltração

como

parâmetro de medida.

V = K . (dh/dt)

- Coeficiente de permeabilidade (Ksat) - é a velocidade de filtração em um solo saturado com perda de carga unitária (gradiente hidráulico unitário). Mede a facilidade ao escoamento. Permeabilidade é a maior ou menor facilidade com que a água se move no interior da rocha sob a ação da gravidade. A permeabilidade depende do tamanho e número dos poros e da sua forma e distribuição dos elementos sólidos componentes do meio. - Textura ou distribuição granulométrica do solo – é a distribuição das partículas constituintes do solo em função das suas dimensões, representada pela curva de distribuição granulométrica (% argila, % areia, % silte, % pó de pedra, % pedrisco, % brita 1, % brita 2 ... ). - Estrutura do solo – é o arranjo das partículas sólidas, ou seja a disposição dos agregados de solo formando estruturas 60917199200

prismáticas, laminares, granulares ou em blocos. - Porosidade – é a relação entre o volume de vazios e volume total,

expressa

em

porcentagem.

Este

é

um

indicativo

da

permeabilidade do solo. Existem vários tipos de porosidade: a porosidade intergranular (ocorre em areias e argilas), a porosidade de fissuras (ocorre em granitos e gnaisses), a porosidade de canais (ocorre

em

calcários,

dolomitos

e

rochas

carbonatadas)

e

a

porosidade não comunicante (ocorre em basaltos). Esta é dita Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 61 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 primária quando é originada durante a formação da própria rocha (caso da porosidade intergranular e da não comunicante), e é dita secundária quando se efetua depois da formação da rocha (caso da de fissuras e de canais de dissolução).

a) Curva de variação da capacidade de infiltração no tempo Existindo uma disponibilidade de água suficiente proporcionada pela intensidade da precipitação, a capacidade de infiltração decai exponencialmente com o tempo, à medida que a camada de solo vai se saturando, e mesmo após saturado, até o limite em que a capacidade de infiltração se iguala a permeabilidade do solo. fc tem um valor máximo no início da chuva (fo) e vai decaindo até um valor mínimo onde o solo está saturado e já foi atingido o limite de permeabilidade do solo. A partir daí a infiltração ocorre de acordo coma permeabilidade do solo (fmin= Ksat).

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Podemos ter dois casos: um (curva A) em que a intensidade da precipitação (i) é inferior à permeabilidade do solo (Ksat) e um (curvas B e C) em que ela é superior:

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 62 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Onde: i = intensidade da chuva; I = taxa de infiltração; fc = capacidade de infiltração; to = tempo de início da chuva; tsat = tempo de saturação da superfície do solo; t1= tempo do fim da chuva; P = ponding time = início do escoamento superficial; e Ksat = coeficiente de permeabilidade do solo ou condutividade hidráulica do solo na saturação.

60917199200

- Caso 1: Infiltração controlada por Ksat (i < Ksai): toda a água precipitada é absorvida pelo solo, não existindo o escoamento superficial (linha A). A taxa de infiltração é igual à intensidade da chuva (i =I < fc); - Caso 2: - Fase 1: Infiltração controlada por i (Ksat< i = I < fc): no início a taxa de infiltração será igual à intensidade da chuva Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 63 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 (linha B), porém este patamar termina no momento em que a superfície do solo satura, iniciando o escoamento superficial (área sobre a linha C – abaixo está o volume infiltrado). - Fase 2: Infiltração controlada por fc (Ksat< i = I = fc): no instante da saturação da superfície do solo, a capacidade de infiltração se iguala à intensidade da chuva e dá-se início ao escoamento superficial. A taxa de infiltração (I) iguala-se à capacidade de infiltração (fc) (linha C).

Partindo do to de início da chuva a água infiltra a uma taxa constante. Atingido a saturação (t1) a capacidade de infiltração vai decaindo (curva decrescente) e a taxa de escoamento superficial vai aumentando proporcionalmente (curva crescente).

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

b) Fatores que intervêm na capacidade de infiltração - Efeitos da precipitação: Para um mesmo tipo de solo (Ksat = constante), quanto maior a intensidade da precipitação, mais rapidamente se satura a superfície do solo. i1> i2> i3> i4 - i1 satura mais rapidamente a superfície do solo. Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 64 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Por outro lado ao saturarem a camada próxima à superfície, as chuvas aumentam a resistência à penetração da água. As águas das chuvas transportam os materiais finos que, pela sua sedimentação posterior, tendem a reduzir a porosidade da superfície. A ação compactadora das grandes gotas de chuva pode tornar solos nus parcialmente impermeáveis. Assim, o tamanho da gota tem influência. - Tipo de solo – a capacidade de infiltração varia diretamente com a porosidade, tamanho das partículas e estado de fissuração das rochas. Quanto mais profundo o extrato impermeável maior o tempo 60917199200

de saturação. As características presentes em pequena camada superficial, com espessura da ordem de 1 cm, tem grande influência sob a capacidade de infiltração (PINTO et al., 1976). Quanto mais poroso maior a infiltração.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 65 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Grau de umidade do solo antes do início da chuva – quanto mais seco o solo, maior será a capacidade de infiltração (chuvas antecedentes). i = umidade inicial do solo. i1 < i2 < i3

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 66 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 - Cobertura por vegetação – Uma cobertura vegetal densa como grama ou floresta tende a favorecer a infiltração e a promover maiores valores de fc, pois esta dificulta o escoamento superficial da água (aumenta a oportunidade de infiltração). Esta também promove a infiltração porque devido ao seu sistema radicular proporciona a formação de pequenos túneis, e retira umidade do solo através da transpiração. E ainda a cobertura vegetal previne a compactação do solo.

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Uso da terra pelo homem – o uso da terra pelo homem altera as condições de vegetação e solo (a impermeabilização, o pisoteio de homens e animais aumentando a compactação e 60917199200

diminuindo os vazios, etc), que variam conforme o explicado nos itens anteriores.

5.3

–

Escoamento

de

água

em

meios

porosos

(solos)

saturados ou não – Lei de Darcy

Um meio poroso é homogêneo quando a resistência ao escoamento é a mesma em qualquer ponto e segundo uma direção. A Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 67 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 homogeneidade é relativa e depende das dimensões intrínsecas dos materiais. Um solo com grãos milimétricos será homogêneo em relação a um valor de escala compatível, como, por exemplo, 1 dm3. Já um maciço rochoso será homogêneo se considerarmos um valor de escala muito maior. Quando a resistência ao escoamento é igual em todas as direções, o meio poroso pode considerar-se isotrópico. A grande maioria dos meios porosos naturais não são isotrópicos, são anisotrópicos. Apesar da anisotropia os meios porosos podem considerar-se homogêneos desde que se estabeleça uma escala de homogeneidade compatível com as respectivas dimensões. Foi o francês Henry Darcy quem em 1856 estabeleceu uma lei relativamente ao fluxo subterrâneo em meio poroso. A sua lei estabelece que o volume de água que passa através de um leito de areia ou outro material é diretamente proporcional à pressão e a um coeficiente que depende da natureza do material e inversamente proporcional à espessura do leito atravessado. A lei de Darcy é válida para meios homogêneos com escoamentos laminares e é muito utilizada no estudo de fenômenos como a percolação e o adensamento, por exemplo. Segundo a lei de Darcy: (Q/A) = -k.(h2 – h1)/dl Onde:

60917199200

Q = vazão que atravessa o leito A = área da seção percolada k = coeficiente de permeabilidade h1 e h2 = alturas (cargas) da água nas extremidades do leito

A Lei de Darcy é válida para um número de Reynolds Re < 1, que é o caso geral dos escoamentos em hidráulica subterrânea. Às

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 68 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 vezes Re chega a atingir o valor 1 sem que se percam as condições de regime laminar. É muito usual escrever-se a lei de Darcy como:

V = k.(dh/dl) Onde: V = velocidade do fluxo no ponto considerado dh = diferença de altura entre o ponto considerado e um ponto tomado arbitrariamente dl = distância entre dois pontos, ao longo da direção média do fluxo. Algumas vezes esta aparece com sinal negativo para indicar que a carga total está diminuindo na direção do escoamento.

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Num aquífero livre: dh/dl = sen ( ) Onde:

60917199200

= ângulo formado pela linha de escoamento com o plano horizontal de referência.

a) Determinação da condutividade hidráulica: A condutividade hidráulica é uma característica do meio e tem as dimensões da velocidade (m/s ou m/dia). Esta é determinada por fórmulas empíricas como a expressa a seguir ou através da utilização

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 69 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 de aparelhos chamados permeâmetros, que podem ser de nível constante ou de nível variável. K = (2.g.D502)/(a. )

Onde: g = gravidade a = constante característica do meio v = viscosidade cinemática, e D50 = diâmetro tal que 50 %, em peso, do material é constituído por partículas com diâmetro inferior a ele.

- Permeâmetro de nível constante: A condutividade é calculada por: K = (Q.l)/(S.H)

Onde: Q = vazão l = espessura da amostra S = seção transversal da amostra H = sobrepressão de água

60917199200

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 70 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Permeâmetro de nível variável: Neste caso leva-se em conta a mudança da sobrepressão de água de H1 para H2, no intervalo de tempo de t1 para t2. A condutividade é calculada por:

60917199200

Onde: s = área da bureta que funciona como reservatório de água S = seção transversal da amostra Hi = sobrepressões de água nos tempos ti.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 71 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

Fonte: Amorim & Reis (IME)

5.4 – Determinação da quantidade de água infiltrada 60917199200

a)

Medição

direta

da

capacidade

de

infiltração

–

Infiltrômetros:

- Infiltrômetros com aplicação de água por inundação: São constituídos de dois anéis concêntricos de chapa metálica, com diâmetros

variando

entre

16

e

40

cm,

que

são

cravados

verticalmente no solo de modo a restar uma pequena altura livre

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 72 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 sobre este. Aplica-se água em ambos os cilindros mantendo uma lâmina líquida de 1 a 5 cm, sendo que no cilindro interno mede-se o volume aplicado a intervalos fixos de tempo. A finalidade do cilindro externo é manter verticalmente o fluxo de água do cilindro interno, onde é feita a medição da capacidade de campo.

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Infiltrômetros com aplicação de água por aspersão ou simulador de chuva: São aparelhos nos quais a água é aplicada por aspersão, com taxa uniforme, superior à capacidade de infiltração no solo, exceto para um curto período de tempo inicial. Delimitam-se áreas de aplicação de água, com forma retangular ou quadrada, de 0,10 a 40 m2 de superfície; medem-se a quantidade de água adicionada e o escoamento superficial resultante, deduzindo-se a capacidade de infiltração do solo.

b) Medição indireta da capacidade de infiltração: 60917199200

– Método de Horton: A capacidade de infiltração pode ser representada por: f = fc + (fo - fc).e-kt

Onde:

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 73 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 fo = capacidade de infiltração inicial (t =0 em mm/h) fc = capacidade de infiltração final (em mm/h) k = constante para cada curva (em t-1) f = capacidade de infiltração para o tempo t em mm/h.

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Método de Soil Conservation Service (SCS):

60917199200

Para P ≥ 0,2.S. Pe = 0 para P < 0,2.S Onde: Pe = escoamento superficial direto (em mm) P = precipitação (em mm) S = retenção potencial do solo (em mm).

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 74 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 6 – ESCOAMENTO SUPERFICIAL

Escoamento superficial é a fase ou parte do ciclo hidrológico que estuda o conjunto das águas que se deslocam na superfície terrestre. Assim, este engloba desde a simples gota de chuva que cai sobre o solo saturado, ou impermeável, e escorre superficialmente, até o grande curso d’água que desemboca no mar. O escoamento superficial tem origem, fundamentalmente, nas precipitações. Inicialmente parte da precipitação é interceptada em obstáculos (vegetação).

Ao chegar ao solo, parte da água se infiltra (solo

permeável), parte é retirada pelas depressões do terreno e parte se escoa pela superfície (solo impermeável). Inicialmente a água se infiltra; tão logo a intensidade da chuva exceda a capacidade de infiltração do terreno, a água é coletada pelas pequenas depressões. Quando o nível à montante se eleva e superpõe o obstáculo (ou o destrói), o fluxo se inicia, seguindo as linhas de maior declive, formando sucessivamente as enxurradas, córregos, ribeirões, rios e reservatórios de acumulação. É, possivelmente, das fases básicas do ciclo hidrológico, a de maior importância para o engenheiro, pois a maioria dos estudos hidrológicos está ligada ao aproveitamento da água superficial e à proteção contra os efeitos causados pelo seu deslocamento. 60917199200

6.1 – Componentes do Escoamento A água, uma vez precipitada sobre o solo, pode seguir três caminhos básicos para atingir o curso d’água: o escoamento superficial,

o

escoamento

sub-superficial

(hipodérmico)

e

o

escoamento subterrâneo, sendo as duas últimas modalidades sob velocidades mais baixas.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 75 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 Observa-se que o deflúvio direto abrange o escoamento superficial e grande parte do sub-superficial, visto que este último atinge o curso d’água tão rapidamente que, comumente, é difícil distingui-lo do verdadeiro escoamento superficial. O escoamento de base, constituído basicamente do escoamento subterrâneo, é o responsável pela alimentação do curso d’água durante o período de estiagem.

4)

(44 – Petrobras/2012 – Cesgranrio) A contribuição total

que produz o escoamento de água em uma seção de um curso d’água, por uma precipitação ocorrida na bacia hidrográfica, deve-se a diferentes fatores. Nessa perspectiva, analise os fatores a seguir. I – Precipitação recolhida diretamente pela superfície livre da água. II – Escoamento superficial propriamente dito. III – Escoamento subsuperficial. IV – Contribuição do lençol de água subterrâneo. Contribuem efetivamente para o escoamento de água os fatores 60917199200

(A) I e II, apenas. (B) II e III, apenas. (C) I, II e III, apenas. (D) I, III e IV, apenas. (E) I, II, III e IV

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 76 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 6.2 – Características do escoamento superficial - Vazão (Q): É o volume escoado por unidade de tempo (m3/s ou L/s). É a principal grandeza característica do escoamento; - Vazão específica (q): É a razão entre a vazão de uma determinada seção transversal de um curso d’água e a área da bacia a ela correspondente (L/s.Km2); - Coeficiente de escoamento superficial, coeficiente de deflúvio, ou “run off” (C): É a relação entre o volume d’água escoado superficialmente e o volume de água precipitado. Quando se conhece o “run off” de uma chuva de grande intensidade e certa duração, pode-se determinar o escoamento superficial de outras precipitações com diferentes intensidades, mas com mesma duração. Por exemplo, pode-se fazer a previsão da enchente proveniente de uma chuva intensa. - Tempo de concentração em uma seção (tc): É o tempo, contado a partir do início da chuva, que leva para que toda bacia esteja contribuindo para o escoamento superficial nesta seção; - Tempo de recorrência ou período de retorno (T): É o tempo médio em que o evento vazão é igualado ou superado ao menos uma vez; - Nível d’água (h): É a altura atingida pela superfície da água em relação a um nível de referência em uma determinada seção 60917199200

transversal. 6.3 – Fatores que influenciam o escoamento superficial Os

principais

fatores

mobilizadores

são

os

climáticos,

relacionados com a precipitação, e os ligados às características físicas (fisiográficos) e ao uso da bacia.

6.3.1 - Fatores climáticos: Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 77 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

- Intensidade da chuva: Quanto maior a intensidade da precipitação mais rapidamente o solo atingirá sua capacidade de infiltração, o que causará um excesso de precipitação que escoará superficialmente; - Duração da chuva: Quanto mais prolongada a duração da chuva, maior a possibilidade de escoamento superficial; - Precipitação antecedente: A existência de uma chuva anterior em um tempo próximo deixa o solo mais úmido e com mais chance da precipitação atual atingir a capacidade de infiltração e escoar superficialmente.

6.3.2 - Fatores fisiográficos e de uso da bacia :

- Área da bacia: Quanto maior a área maior a capacidade de captação de água; - Permeabilidade do solo: Quanto maior a permeabilidade, maior a capacidade de infiltração

e menores as chances de

escoamento superficial; - Capacidade de infiltração: Está ligada à permeabilidade do solo, como explicado no item acima, e à vegetação. A cobertura vegetal dificulta o escoamento e facilita a infiltração; - Topografia da bacia: A existência de depressões, represas 60917199200

naturais

e

declives

influenciam

a

ocorrência

do

escoamento

superficial; - Obras de utilização e controle de água construídas à montante do ponto de análise (irrigação, drenagem artificial, canalização

e

retificação

de

cursos

d’água,

detenção

por

represamentos): Qualquer uso da água diminui a vazão à jusante; uma barragem reduz as vazões máximas do escoamento e retarda

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 78 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 sua propagação; a retificação de um curso d’água aumenta sua velocidade de escoamento.

6.3.3 - Influência destes fatores sobre as vazões:

A descarga anual cresce de montante para jusante à medida que cresce a área da bacia. Em uma dada seção, as variações de vazões instantâneas são tanto maiores quanto menor a área da bacia. Para bacias de pequenas áreas, as chuvas causadoras de vazões máximas têm grandes intensidades e pequena duração. Para bacias de grandes áreas, as precipitações terão menor intensidade e maior duração. As variações das vazões instantâneas, para uma mesma área de contribuição, serão tanto mais dependentes das chuvas intensas quanto: - Maior a declividade do terreno; - Menores as depressões retentoras; - Mais retilíneo for o traçado; - Menor for a cobertura vegetal; - Menor for a quantidade de água infiltrada; O Coeficiente de deflúvio de uma dada precipitação será tanto maior quanto:

60917199200

- Menor a capacidade de infiltração; - Menores as depressões retentoras. O Coeficiente de deflúvio de um longo intervalo de tempo será tanto maior quanto: - Menor a capacidade de infiltração; - Menores as perdas por evaporação e transpiração. 6.4 – Características dos Rios Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 79 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

6.4.1 - Elementos geométricos da seção transversal de um rio: Ao se colocar um observador sobre a seção transversal de um rio se ele olhar na direção do escoamento define-se o estirão de jusante e às suas costas o de montante. A margem direita do sentido do escoamento está a sua direita e a margem esquerda a sua esquerda (figura a seguir).

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Observando o rio desta forma podemos definir os seguintes elementos geométricos: - Leito ou calha menor: É a escavação causada pela corrente líquida onde ela escoa quando não há transbordamento; - Leito ou calha maior: Inclui também a região marginal que contém o transbordamento das enchentes; -

Área

molhada

(m2):

Corresponde

à

área

da

seção

transversal do rio entre a superfície d'água e o leito sob ela; - Perímetro molhado (m): É o comprimento do leito ou calha 60917199200

sob a superfície d'água, não incluindo a largura superficial; - Largura superficial (m): É o comprimento da superfície d'água. Os pontos de contato da superfície da água com o perímetro molhado são denominados batentes, havendo o direito (BD) e o esquerdo (BE), conforme esteja na margem direita ou esquerda, respectivamente; - Profundidade média (m): É a razão entre a área molhada e a largura superficial; Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 80 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 - Raio hidráulico (m): É o quociente entre a área molhada e o perímetro molhado. E uma das mais importantes grandezas a ser considerada nos cálculos e projetos de obras em rios e/ou canais; - Ponto de talvegue: É o ponto de cota mais baixa do perímetro da seção; - Profundidade (m): É a distância vertical entre a superfície d'água e um ponto qualquer do fundo da calha da seção. A profundidade máxima ocorre no talvegue.

Fonte: Amorim & Reis (IME)

6.4.2 – Gênese dos rios Vimos anteriormente os vários fatores que influenciam a formação e o escoamento superficial dos cursos d’água, sendo que estes são formados principalmente pela ação das precipitações. 60917199200

Ao se precipitar a chuva provoca, por impacto no solo, a desagregação

de

suas

camadas

ou

sedimentos

superficiais,

promovendo uma primeira etapa de uma longa cadeia aberta de erosões e sedimentações, sucessivas no tempo e no espaço. A retirada e o escoamento destes sedimentos tende a se realizar de forma uniforme na superfície das encostas e, a seguir, forma certos percursos preferenciais onde a rocha ou a crosta terrestre apresenta menor resistência, formando precursores da calha dos rios.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 81 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 No processo normal e lento de formação dos cursos d’água a partir

dos

sulcos

de

erosão,

a

natureza

vai

se

adaptando

gradativamente ao aprofundamento e estabilização dos sulcos, até que estes alcançam o nível dos lençóis aqüíferos e passam a ser abastecidos por eles, mantendo sua fluência mesmo depois de cessada a precipitação. 6.4.3 – Idade dos Rios

Os rios apresentam características ao longo de seu curso que os identificam. Didaticamente faz-se uma analogia da evolução destas características, com o ciclo vital dos seres vivos, estabelecendo-se idades para os rios. A ressaltar que esta idade não se relaciona necessariamente com sua cronologia ou com a cronologia das regiões geológicas que o rio atravessa. São três as idades características de um rio.

Um rio dito completo apresenta as três, outros poderão

apresentar duas ou qualquer uma delas. -

Idade

Jovem:

Caracteriza-se

por

fortes

declividades

longitudinais, ocorrência de corredeiras e quedas d’água (estas ocorrem em pontos onde os rios deixam à montante rochas resistentes e passam a escoar sobre rochas friáveis), regime torrencial, grande capacidade erosiva, e o transporte de sedimentos de maior granulometria. As suas águas são límpidas e não poluídas, 60917199200

geralmente. Em alguns casos podem ser feitos aproveitamentos hidrelétricos de alta queda neste trecho. Ocorre normalmente no início do rio ou no seu trecho superior. - Idade madura: Aparece normalmente no curso médio de um rio,

quando

este

adquire

um

certo

equilíbrio

morfológico

e

sedimentológico. As declividades são menores, o regime é mais regular, o transporte de sedimentos é mais estável e em menor

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 82 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 quantidade. As águas são mais turvas e a poluição começa a aparecer. - Idade velha: Ocorre normalmente no trecho inferior do rio, onde as águas são muito turvas com transporte de sólidos em suspensão. As velocidades de escoamento são baixas devido a pequenas declividades em áreas planas. Formam-se grandes curvas sinuosas (meandros) que se modificam com o tempo. Por vezes o rio corta o colo de um meandro e forma um lago de meandro abandonado. As cheias podem depositar sedimentos nas margens dos rios formando diques marginais. Na região de deságue podem ocorrer grandes depósitos de sedimentos formando um delta.

Pode ainda

haver a influência natural dos remansos de lagos ou de marés oceânicas na sua embocadura (estuário), o que causa a inversão do escoamento, e no segundo caso a penetração do prisma de salinidade (pelas camadas inferiores, pois é mais densa). Este normalmente também apresenta um alto grau de poluição por causa dos afluentes que recebeu. 6.4.4 – Regime dos rios É a sucessão de estágios de seus níveis d’água e vazões ao longo do tempo. Quanto à continuidade de seu regime, os rios são classificados em: efêmeros, intermitentes e perenes. 60917199200

- Rios efêmeros: Ocorrem sobre terrenos de forte declividade e/ou reduzida permeabilidade, existindo apenas durante ou logo após as chuvas. - Rios intermitentes: São aqueles que permanecem escoando durante algum tempo após o final das chuvas, abastecidos pelos lençóis e aqüíferos. Com o decorrer do tempo os lençóis baixam os seus níveis para aquém dos rios que passam a perder água para eles

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 83 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 até secarem. Vários cursos d’água da região Nordeste são deste tipo, sendo também chamados de rios cortados:

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Rios perenes: São aqueles que mantém o seu escoamento independente

da

ocorrência

de

chuvas,

dispondo

sempre

da

contribuição dos lençóis tributários ou contribuintes. Durante o período de chuvas o seu nível d’água aumenta assim como as suas vazões, ocorrendo o contrário durante as estiagens. No Brasil existem vários rios perenes como, por exemplo: o Amazonas, o São Francisco, o Paraíba do Sul, entre outros.

Fonte: Amorim & Reis (IME) 60917199200

Nem sempre um curso d’água mantém-se dentro de uma destas três classificações ao longo de toda sua extensão. Ele pode assumir classes diferentes em posições diferentes, dependendo se o rio atravesse terrenos mais ou menos permeáveis, lençóis baixos ou aflorantes, regimes pluviométricos regulares ou longas estiagens. 6.4.5 – Curvas características do regime dos rios

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 84 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5

De forma a se mostrar a variação sazonal e cíclica existente no regime dos rios, buscou-se acompanhar grandezas características como a vazão e o nível d’água através do tempo. Isto é feito através do traçado de curvas, dentre as quais destacamos o cotagrama e o hidrograma.

a) Cotagramas e Hidrogramas Define-se o cotagrama como a curva cronológica de variação dos níveis d’água e a hidrógrafa, hidrograma ou fluviogramacomo a curva cronológica de variação de vazões. A figura a seguir mostra um hidrograma

e

um

cotagrama

de

um

curso

d’água

em

uma

determinada seção:

Fonte: Amorim & Reis (IME)

60917199200

Da análise da figura podemos verificar os anos de menor deflúvio ou “anos secos” e os com deflúvio elevados ou “anos úmidos ou chuvosos”. Observa-se ainda que geralmente eles não ocorrem isoladamente e sim agrupados em trens. E ainda podemos verificar que o ano hidrológico definido entre duas estações chuvosas consecutivas normalmente difere do ano cronológico civil.

Nas

regiões centro e sul do Brasil o ano hidrológico se inicia em 1° de outubro e terminando em 30 de setembro.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 85 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 As duas curvas (níveis d’água e vazões) são características cronológicas do regime do rio. Elas não são paralelas entre si porque, em geral, a relação entre elas não é linear. A curva que relaciona níveis d ’água e vazões de um rio em uma determinada seção é denominada curva-chave e será estudada mais tarde. Em determinadas situações, como no caso do dimensionamento de um reservatório, nem sempre estamos interessados nas variações das medições diárias observadas nos aparelhos, mas queremos as médias em determinado tempo considerado. Desta forma, introduz-se os seguintes conceitos: - Vazão média: É a vazão fictícia se escoando uniformemente no tempo considerado que produz o mesmo deflúvio fluvial gerado pelas vazões naturais. O produto da vazão média pelo tempo considerado deve ser igual ao deflúvio fluvial gerado; - Nível d’água médio: E a média dos níveis d’água no período de tempo considerado. Outras curvas características do regime fluvial são os gráficos de frequência e as curvas de permanência.

b) Gráficos de frequência

- Gráficos de frequência simples: São curvas apresentadas sobre a forma de histogramas que relacionam frequências de 60917199200

determinada

medida

com

os

seus

respectivos

intervalos

de

observação. Para o caso do nível d’água, estes são gráficos sobre a forma de histogramas que relacionam frequência de níveis d’água com os seus respectivos intervalos, e para o caso de vazões estes são gráficos sobre a forma de histogramas que relacionam frequência de vazões com os seus respectivos intervalos. Baseado nos dados do quadro abaixo, as figuras seguintes mostram gráficos de frequência simples de nível d’água (NA) e vazão (Q). Os histogramas podem ser Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 86 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 expressos também em termos de percentagens no lugar das frequências.

Fonte: Amorim & Reis (IME)

- Gráficos de frequência acumulada, de permanência ou 60917199200

de duração: São curvas apresentadas que relacionam frequências acumuladas

de

determinada

medida

com

os

seus respectivos

intervalos de observação. São construídos a partir dos gráficos de frequência simples, que podem ser somadas cumulativamente no sentido crescente ou decrescente das grandezas. Podem ser feitos também sobre a forma de percentagem. No caso da permanência de vazões ou níveis d’água a curva contínua é mais significativa do que o histograma, sendo a parte

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 87 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 crescente traçada pelos limites superiores dos intervalos e a decrescente pelos limites inferiores. As curvas são simétricas em relação à vertical que passa pela abscissa média do intervalo total. A partir dos dados do quadro abaixo, a figura seguinte nos mostra o gráfico de permanência de vazões de uma seção de um rio.

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Da

análise

dos

gráficos

podemos

obter

as

seguintes

informações: - Ao se entrar na curva decrescente com a vazão de 25 m3/s, por exemplo, verifica-se que durante 1173 dias ocorreram vazões superiores a este valor e, na curva crescente, durante 653 dias as Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 88 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 vazões foram inferiores. Obviamente a soma entre 1173 e 653 dias deve resultar no valor total de dias observados, ou seja, 1826. - Podemos obter ainda as vazões mediana, modal e média. A vazão mediana é aquela que ocorre em metade dos dias (Q50%) ou 913 dias, de vazões superiores e inferiores. Do gráfico observa-se que a vazão mediana é de 31 m3/s. A vazão média pode ser obtida pelo quociente entre a área contida pela curva e o tempo total, como a altura do retângulo de mesma área e mesma base. A vazão modal é

aquela

que

apresenta

a

maior

frequência

simples

de

ocorrência(normalmente ocorre na região das vazões médias-baixas dos rios). Do gráfico de frequências simples verificamos que o intervalo de 20-30 m3/s apresentou a frequência de 480 dias de ocorrência. Desta forma tomamos a vazão modal pelo valor médio do intervalo, isto é, 25 m3/s. - Outros parâmetros característicos da curva de permanência de vazões são os quartis, Q25%e Q75%, que definem as vazões acima (se decrescente) ou abaixo (se crescente) das quais as vazões dos rios permanecem durante 25% e 75% do tempo. Com os dados colhidos das curvas de frequência podemos definir alguns parâmetros que quantificam o regime dos rios quanto a sua regularidade. Estes parâmetros serão mais representativos quanto maiores os períodos de observação, normalmente em anos. No período disponível de observações selecionam-se os valores de 60917199200

vazão máxima (Qmax), mínima (Qmin) e média (Qmed), e obtemos os seguintes coeficientes de perenidade: O coeficiente de perenidade relacionado às chuvas intensas (P) é a relação entre a vazão máxima e média. Este se aplica aos estudos de enchentes, obras de controle de inundações e aos cálculos de vertedores de barragens: P = Q

max/Q med

O coeficiente de perenidade relacionado às estiagens (p) é a relação entre as vazões média e mínima: P = Q Prof. Marcus V. Campiteli

med/

www.estrategiaconcursos.com.br

Q

min

Página 89 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 O coeficiente de amplitude máxima de vazões (m) é o produto entre estes dois coeficientes P e p: m = P x p = Qmax/Qmin Quanto mais regulares forem os cursos d’água mais próximos da unidade serão P, p e m.

- Obtenção da curva de permanência de vazões a partir da curva de permanência de nível d’água e da curva chave: Podemos obter graficamente a curva de permanência de vazões a partir da curva de permanência de nível d’água e da curva chave. O método gráfico é autoexplicativo e será representado para a curva decrescente de permanência de níveis d’água, através da figura a seguir.

60917199200

Fonte: Amorim & Reis (IME)

Tomando-se um ponto qualquer, por exemplo, NA = 3,25 m, define-se sobre a curva-chave (Q x NA) e a curva de permanência de níveis d’água (NA x Sum(freq)) os pontos I e II, que correspondem a Q = 59 m3/se permanência de 130 dias. Rebate-se a grandeza da vazão sobre o eixo vertical e, ao traçar-se uma linha horizontal onde

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 90 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 esta encontrar a vertical que passa pelo ponto II tem-se o ponto IV que pertence à curva de permanência de vazões (Q x Sum(freq)). Em vez do rebatimento poderia ser traçada a bissetriz sobre a origem e o seu encontro com a vertical que passa pelo ponto I forneceria o ponto III. A horizontal passando pelo ponto III com a vertical do ponto II também fornecem o ponto IV da curva de permanência de vazões (Q x Sum(freq)). Repete-se o processo para outros pontos para se obter uma boa definição gráfica e ao uni-los obtém-se uma linha contínua que é a curva de permanência de vazões (Q x Sum(freq)). Um procedimento análogo ao anterior poderia ser feito usandose a curva de permanência de níveis d'água crescente.

7 - QUESTÕES COMENTADAS

1)

(33 – Transpetro/2011 – Cesgranrio) Considere as

seguintes reservas de água doce (Rn) do nosso planeta. R1 – lagos e rios R2 – geleiras e gelo polar R3 – água subterrânea A ordem DECRESCENTE de volume de água armazenada 60917199200

nessas reservas é (A) R1, R2, R3 (B) R1, R3, R2 (C) R2, R1, R3 (D) R2, R3, R1 (E) R3, R2, R1 Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 91 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 Amorim & Reis apresentam o seguinte quadro:

Verifica-se que R2 > R3 > R1 Gabarito: D

2)

–

(63

Petrobras/2012

–

Cesgranrio)

Em

uma

determinada bacia hidrográfica, ocorreu uma chuva provocada pelo desvio ascendente das correntes aéreas do ar quente e úmido,

provenientes

de

um

oceano

próximo,

que,

ao

encontrarem uma cadeia montanhosa em sua rota, sofreram resfriamento e condensação. Esse tipo de precipitação é denominado chuva (A) convencional 60917199200

(B) convectiva (C) frontal (D) orográfica (E) sazonal De acordo com Amorim & Reis, as chuvas orográficas ocorrem quando ventos quentes e úmidos, que sopram dos oceanos para os Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 92 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 continentes, encontram uma barreira montanhosa que forçam sua elevação, e consequente condensação adiabática, formando nuvens que crescem e precipitam. São chuvas de pequena intensidade e grande duração, que ocorrem em pequenas áreas no sentido do deslocamento e grandes áreas (definidas pelo comprimento da escarpa de montanha) na escala

de

bacias

hidrográficas

no

sentido

transversal

ao

deslocamento. Estas são frequentes na Serra do Mar. A figura a seguir mostra o mecanismo de uma chuva orográfica:

Gabarito: D

3)

(65

–

–

Liquigas/2013

Cesgranrio)

No

estudo

da

evapotranspiração, há uma série de fatores que intervêm na intensidade de evaporação. Dentre esses fatores, está(ão) (A)

a

temperatura,

que

60917199200

influi

de

forma

inversamente

proporcional à intensidade de evaporação. (B) a salinidade da água, pois, quanto maior o teor de sal na água, menor a evaporação. (C) a pressão barométrica, pois a evaporação é menor em altitudes elevadas.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 93 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 (D) a luz e o calor que atuam nas folhas, reduzindo a transpiração. (E) os ventos, que reduzem a intensidade da evaporação. Amorim & Reis citam os seguintes fatores intervenientes da evapotranspiração: - Radiação Solar: O calor radiante fornecido pelo Sol constitui a energia motora para o próprio ciclo hidrológico. - Grau de umidade relativa do ar: O grau de umidade relativa do ar atmosférico é a relação entre a quantidade de vapor de água aí presente e a quantidade de vapor de água no mesmo volume de ar se estivesse saturado de umidade. Essa grandeza é expressa em porcentagem. Quanto maior for a quantidade de vapor de água no ar atmosférico, tanto maior o grau de umidade e menor a intensidade de evaporação. A intensidade de evaporação é função direta da diferença entre a pressão de saturação do vapor d’água do ar atmosférico e a pressão atual de vapor d’água. Esta correlação é conhecida como a Lei de Dalton: E = C.(es – e) Onde:

60917199200

E = intensidade de evaporação C = constante que depende dos demais fatores que intervêm na evaporação es = pressão de vapor saturante do ar adjacente a superfície líquida e = atual pressão de vapor do ar adjacente a superfície líquida Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 94 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 - Temperatura do ar: A elevação da temperatura tem influência direta na evaporação porque eleva o valor da pressão de saturação do vapor de água, permitindo que maiores quantidades de vapor de água possam estar presentes no mesmo volume de ar, para o estado de saturação. De um modo geral um aumento de 10ºC, es dobra. - Vento: O vento atua no fenômeno da evaporação renovando o ar em contato com as massas de água ou com a vegetação, afastando do local as massas de ar que já tenham grau de umidade elevado. - Pressão barométrica: A influência da pressão barométrica é pequena, só sendo apreciada para grandes variações de altitude. Quanto maior a altitude, menor a pressão barométrica e maior a intensidade de evaporação. - Outros fatores: Além desses fatores, pode-se citar as influências inerentes à superfície evaporante, a saber: tamanho da superfície evaporante, estado da área vizinha, salinidade da água (E menor quanto maior), umidade do solo (E maior quanto maior), cor da água (mais escura absorve mais evapora mais), composição e textura do solo, etc. Gabarito: B 60917199200

4)

(44 – Petrobras/2012 – Cesgranrio) A contribuição total

que produz o escoamento de água em uma seção de um curso d’água, por uma precipitação ocorrida na bacia hidrográfica, deve-se a diferentes fatores. Nessa perspectiva, analise os fatores a seguir.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 95 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 I – Precipitação recolhida diretamente pela superfície livre da água. II – Escoamento superficial propriamente dito. III – Escoamento subsuperficial. IV – Contribuição do lençol de água subterrâneo. Contribuem efetivamente para o escoamento de água os fatores (A) I e II, apenas. (B) II e III, apenas. (C) I, II e III, apenas. (D) I, III e IV, apenas. (E) I, II, III e IV De acordo com Amorim & Reis, a água, uma vez precipitada sobre o solo, pode seguir três caminhos básicos para atingir o curso d’água: o escoamento superficial, o escoamento sub-superficial (hipodérmico) e o escoamento subterrâneo, sendo as duas últimas modalidades sob velocidades mais baixas. Observa-se que o deflúvio direto abrange o escoamento 60917199200

superficial e grande parte do sub-superficial, visto que este último atinge o curso d’água tão rapidamente que, comumente, é difícil distingui-lo do verdadeiro escoamento superficial. O escoamento de base, constituído basicamente do escoamento subterrâneo, é o responsável pela alimentação do curso d’água durante o período de estiagem. Obviamente, há também a água precipitada diretamente sobre a superfície da água.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 96 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 Gabarito: E

8 - QUESTÕES APRESENTADAS NESSA AULA

1)

(33 – Transpetro/2011 – Cesgranrio) Considere as

seguintes reservas de água doce (Rn) do nosso planeta. R1 – lagos e rios R2 – geleiras e gelo polar R3 – água subterrânea A ordem DECRESCENTE de volume de água armazenada nessas reservas é (A) R1, R2, R3 (B) R1, R3, R2 (C) R2, R1, R3 (D) R2, R3, R1 (E) R3, R2, R1

2)

(63

–

Petrobras/2012

–

Cesgranrio)

Em

uma

60917199200

determinada bacia hidrográfica, ocorreu uma chuva provocada pelo desvio ascendente das correntes aéreas do ar quente e úmido,

provenientes

de

um

oceano

próximo,

que,

ao

encontrarem uma cadeia montanhosa em sua rota, sofreram resfriamento e condensação. Esse tipo de precipitação é denominado chuva (A) convencional

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 97 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 (B) convectiva (C) frontal (D) orográfica (E) sazonal

3)

(65

–

–

Liquigas/2013

Cesgranrio)

No

estudo

da

evapotranspiração, há uma série de fatores que intervêm na intensidade de evaporação. Dentre esses fatores, está(ão) (A)

a

temperatura,

que

influi

de

forma

inversamente

proporcional à intensidade de evaporação. (B) a salinidade da água, pois, quanto maior o teor de sal na água, menor a evaporação. (C) a pressão barométrica, pois a evaporação é menor em altitudes elevadas. (D) a luz e o calor que atuam nas folhas, reduzindo a transpiração. (E) os ventos, que reduzem a intensidade da evaporação.

4)

(44 – Petrobras/2012 – Cesgranrio) A contribuição total 60917199200

que produz o escoamento de água em uma seção de um curso d’água, por uma precipitação ocorrida na bacia hidrográfica, deve-se a diferentes fatores. Nessa perspectiva, analise os fatores a seguir. I – Precipitação recolhida diretamente pela superfície livre da água. II – Escoamento superficial propriamente dito.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 98 de 99

Obras Hídricas PF/2016 Teoria e Questões Profs. Marcus Campiteli Aula 5 III – Escoamento subsuperficial. IV – Contribuição do lençol de água subterrâneo. Contribuem efetivamente para o escoamento de água os fatores (A) I e II, apenas. (B) II e III, apenas. (C) I, II e III, apenas. (D) I, III e IV, apenas. (E) I, II, III e IV

9 - GABARITO

1) D

2) D

3) B

4) E

BIBLIOGRAFIA - Amorim, José Carlos C. & Reis, Marcelo de Miranda. Curso de Hidrologia. Engenharia de Fortificação e Construção. Instituto Militar de Engenharia – IME.

60917199200

- Gribbin, John E.. Introdução a Hidráulica, Hidrologia e Gestão de Águas Pluviais. Editora Cengage Learning. São Paulo: 2014.

Prof. Marcus V. Campiteli

www.estrategiaconcursos.com.br

Página 99 de 99