Apostila Hidrologia Aplicada - Cap. 3

Apostila Hidrologia Aplicada - Cap. 3

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Precipitação, em Hidrologia, 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. 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.

1.2.1. Formação Embora a umidade atmosférica seja o elemento indispensável para a ocorrência de chuva, ela não responde sozinha por sua formação, que está intimamente ligada à ascensão das massas de ar.

Quando ocorre esse 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 a energia térmica ter sido utilizada em seu processo de expansão.

Com o resfriamento, a massa de ar pode atingir seu ponto de saturação com a conseqüente condensação do vapor em gotículas (nuvens); sua precipitação dependerá da formação de núcleos higroscópicos para que atinjam peso suficiente para vencer as forças de sustentação.

1.2.2. Tipos

Como a ascensão do ar é considerada o estopim da formação das chuvas, nada mais lógico que classificá-las segundo a causa que gerou este movimento.

· Orográficas – o ar é forçado mecanicamente a transpor barreiras impostas pelo relevo.

· Convectivas – Devido ao aquecimento diferencial da superfície, podem existir bolsões menos densos de ar envolto no ambiente, em equilíbrio instável.

Este equilíbrio pode ser rompido facilmente, acarretando a ascensão rápida do ar a grandes altitudes. (Típicas de regiões tropicais)

Figura 3.2 – Chuva de convecção (Fonte: FORSDSYKE, 1968)

• Ciclônicas – Devido ao movimento de massas de ar de regiões de alta para de baixa pressões. Podem ser do tipo frontal e não frontal.

a) Frontal Resulta da ascensão do ar quente sobre ar frio na zona de contato entre duas massas de ar de características diferentes.

b) Não frontal é devido a uma baixa barométrica; neste caso o ar é elevado em conseqüência de uma convergência horizontal em áreas de baixa pressão.

Altura de precipitação pontual: é a altura da lâmina d'água que ficaria retida (ou acumulada) numa superfície colocada nesse ponto, se essa superfície fosse plana, horizontal e impermeável.

Intensidade: é a variação da altura precipitada na unidade de tempo.

dt dhi= (intensidade instantânea) - [ m/h ] t hI D

D= (intensidade média) - [ m/h ]

OBSERVE QUE: ò=Þ= t

t dtihdtidh 0

Duração: é o intervalo de tempo dentro do qual ocorrem as precipitações medidas. A precipitação pode ser:

Horário = duração de 1 hora Diária = duração de 24 horas

Mensal = S diárias Anual = S mensal

Ou ainda a média anual = anos de anuaisNúmero

Exprime-se quantidade de chuva (h) pela altura de água precipitada e acumulada sobre uma superfície plana horizontal e impermeável. Para sua medida dispõe-se, basicamente, de dois instrumentos: o pluviômetro e o pluviógrafo.

Pluviômetro – consiste de um receptor cilindrico-cônico para captar a água de chuva e de uma proveta graduada de vidro para se efetuar a medida da precipitação. Este instrumento é dito “totalizador” porque ele mede a altura total precipitada que é acumulada em seu interior, durante a chuva. A leitura diária se dá às 7 horas da manhã.

recptora rfícieáreadasupe opluviômetr no oprecipitad volume h =

Como se mede o volume precipitado no pluviômetro? a) Utilizando proveta milimétrica.

b) Utilizando proveta volumétrica:

Figura 3. 4 - Pluviômetro instalado numa Estação Meteorológica Figura 3. 4 - Pluviômetro instalado numa Estação Meteorológica

Figura 3. 5 – Vista superior do um Pluviômetro

Pluviógrafo – Consiste de um registrador automático, associado a um mecanismo de relógio; a rotação do relógio é sincronizada a um cilindro, envolvido em papel graduado, sobre o qual uma pena registra a altura da precipitação em cada instante. Este instrumento permite medir a intensidade de precipitação.

Figura 3. 6 – Detalhe de um Pluviografo

Figura 3. 7 – Segmento do Registro de uma precipitação no Pluviograma

Análise do Pluviograma

À partir do pluviograma é possível o TRAÇO de dois importantes gráficos: O IETOGRAMA - representa a intensidade em função do tempo.

A curva máxima intensidade x duração - permite a análise da freqüência dessas intensidade.

1) Um determinado posto pluviográfico situado numa dada bacia, foi registrado no dia 03.0159. Dado o pluviograma da figura abaixo:

a) Traçar o ietograma correspondente; b) Traçar a curva máxima intensidade x duração.

Uma vez coletados, os dados observados em postos pluviométricos devem ser analisados de forma a evitar conclusões incorretas. São esse os procedimentos: 1. Detecção de erros grosseiros

• valores anormais de precipitação. 2. Preenchimento de falhas

• levar em conta os registro pluviométricos de três estações vizinhas.

onde: Px – precipitação ausente no posto X PA, PB, PC - precipitação postos vizinhos A, B e C – precipitação média anual nos postos X, A, B e C

3. Análise de dupla massas

• Verifica a homogeneidade dos dados, isto é, se houve alguma anormalidade na estação tais como mudanças de local, nas condições do aparelho ou no método de observação, indicada pela mudança na declividade da reta.

Onde: Pa – observações ajustadas às condições atuais. Po – dados a serem corrigidos. Mo – declividade da reta do período anterior. Ma – declividade da reta mais recente.

É de grande interesse para a hidrologia o conhecimento das características das precipitações. Para projetos de vertedores de barragens, dimensionamento de canais e de bueiros, faz-se necessário o conhecimento, a priori, da magnitude das enchentes que podem acontecer com uma determinada freqüência.

Sendo, portanto, necessário conhecer-se as precipitações máximas esperadas. Entretanto, deve-se levar em conta também o fator de ordem econômica, de modo a assumir-se o risco da obra vir a falhar durante sua vida útil. É necessário, portanto, conhecer esse risco. Para isso, analisa-se estatisticamente as precipitações observadas nos postos pluviométricos verificando-se com que freqüência as mesmas assumem uma determinada magnitude.

(3.3)

Método Califórnia

Método de Kimbal

=(3.4)

onde: m = no de vezes que o valor for igualado ou excedido. n = no total de observações.

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