HIDROLOGIA AULA semestre - Engenharia Civil. ESCOAMENTO SUPERFICIAL 1 Profª. Priscila Pini

Transcrição

1 HIDROLOGIA AULA 10 5 semestre - Engenharia Civil ESCOAMENTO SUPERFICIAL 1 Profª. Priscila Pini prof.priscila@feitep.edu.br

2 Geração do Escoamento em uma bacia 1. Durante as chuvas intensas Água da chuva que não infiltrou no solo atinge os rios: Cheias ou enchentes Escoamento rápido que ocorre em consequência direta da chuva: ESCOAMENTO SUPERFICIAL DIRETO 2. Nos períodos secos A vazão de um rio é mantida pelo esvaziamento lento da água armazenada na bacia: ÁGUA SUBTERRÂNEA Escoamento durante estiagem: ESCOAMENTO SUBTERRÂNEO ou ESCOAMENTO DE BASE

3 Geração do Escoamento em uma bacia 1. Durante as chuvas intensas: 2 PROCESSOS DE FORMAÇÃO 1.1 Intensidade de precipitação (i) > capacidade de infiltração (f) Escoamento Superficial (Q): Q = i - f Ocorre em: Bacias urbanas // Áreas com solo modificado pela ação do homem Raramente visto em bacias naturais 1.2 Em bacias naturais / rurais Escoamento superficial originado pela precipitação que atinge zonas de solo saturado Solos saturados são normalmente encontrados próximos aos corpos hídricos, onde o nível do lençol freático está próximo à superfície.

4 Geração do Escoamento em uma bacia A parcela de chuva que se transforma em escoamento superficial é chamada: CHUVA ou PRECIPITAÇÃO EFETIVA Há vários métodos para estimar a chuva efetiva durante um evento de chuva Método Soil Conservation Service - SCS Um dos métodos mais simples e mais utilizados para estimar o volume de escoamento superficial resultante de um evento de chuva. Desenvolvido pelo National Resources Conservation Center dos EUA (antigo Soil Conservation Service SCS). Conhecido também como SCS-CN porque está baseado em um parâmetro CN (Curve Number).

5 Cálculo da chuva efetiva pelo método SCS Método baseado em: Equação do balanço hídrico aplicado na superfície do solo Duas hipóteses relacionadas à capacidade de armazenamento de água no solo. Equação do Balanço hídrico P = Ia + F + Q P: precipitação em um evento (mm) Ia: perdas iniciais como acúmulo de água na superfície, interceptação (mm) F: infiltração acumulada ao longo do evento (mm) Q: chuva efetiva ou escoamento superficial (mm)

6 Cálculo da chuva efetiva pelo método SCS 1ª hipótese Q P Ia = F S 2ª hipótese Ia = 0, 2 S Q: chuva efetiva ou escoamento superficial (mm) P: precipitação em um evento (mm) Ia: perdas iniciais como acúmulo de água na superfície, interceptação (mm) F: infiltração acumulada ao longo do evento (mm) S: máxima infiltração acumulada potencial (mm) Perdas iniciais correspondem a 20% da máxima infiltração acumulada potencial (S)

7 Cálculo da chuva efetiva pelo método SCS A combinação dessas três equações dá origem a: Q = (P Ia)2 (P Ia + S) Equações válidas quando P > Ia Quando P Ia, Q = 0 ou Q: chuva efetiva ou escoamento superficial (mm) P: precipitação em um evento (mm) Ia: perdas iniciais (acúmulo de água na superfície, interceptação) (mm) F: infiltração acumulada ao longo do evento (mm) S: máxima infiltração acumulada potencial (mm) (P 0, 2 S)2 Q = (P + 0, 8 S) S = CN 254 Ia = 0, 2 S CN: parâmetro adimensional cujo valor varia entre 0 e 100

8 Cálculo da chuva efetiva pelo método SCS O método SCS-CN depende apenas do valor de CN, que é dado em tabelas desenvolvidas a partir de experimentos em bacias pequenas nos EUA e varia de acordo com o tipo de ocupação (agrícola, pastagem, urbana, etc). CN é um parâmetro adimensional cujo valor varia entre 0 e 100: CN = 0: solo com capacidade de infiltração infinita CN = 100: solo completamente impermeável São considerados 4 tipos de solo, em ordem crescente de potencial de geração de escoamento superficial: A, B, C e D.

9 Tabela 1: Os quatro tipos de solos considerados no método SCS-CN Tipo SCS Características Textura A B C D Solos com baixo potencial de geração de escoamento superficial: solos arenosos, ou siltosos, profundos e de alta capacidade de infiltração Solos com pouco teor de argila, menos profundos ou com mais argila do que os solos do tipo A e de média capacidade de infiltração Solos com mais teor de argila do que os solos do tipo B, com uma camada mais impermeável abaixo da superfície ou pouco profundos Solos com alto potencial de geração de escoamento superficial: solos argilosos, solos rasos sobre rochas impermeáveis, solos com lençol freático próximo à superfície, solos com capacidade de infiltração muito baixa Arenosa; Areia Franca; Franco Arenosa Franco Siltosa; Franca Franco Argilo Arenosa Franco Argilosa; Franco Argilo Arenosa; Argilo Arenosa; Argilo Siltosa; Argilosa

10 O que é o solo franco? É um tipo de solo que contém uma combinação desejável de areia, silte e argila, sendo o mais adequado para o cultivo das plantas mais diversificados, com uma textura equilibrada e as melhores características físicas e químicas. Sua cor é quase preto, tem uma grande quantidade de matéria orgânica e não apresentam muitas dificuldades para trabalhar. Embora possa variar um pouco, a composição deste solo é em geral: 45% de areia, 40% de silte e 15% de argila É abundante nos vales dos rios

11 Tabela 2: Valores de CN para diferentes condições de cobertura em bacias RURAIS Uso do solo Superfície A B C D Solo lavrado Plantações regulares Plantações de cereais Plantações de legumes ou cultivados Com sulcos retilíneos Em fileiras retas Em curvas de nível Terraceado em nível Em fileiras retas Em curvas de nível Terraceado em nível Em fileiras retas Em curvas de nível Terraceado em nível Pobres Normais boas

12 Tabela 2: Continuação (CN para Bacias RURAIS) Uso do solo Superfície A B C D Pastagens Campos permanentes Pobres, em curvas de nível Normais, em curvas de nível Boas, em curvas de nível Normais Esparsos, de baixa transpiração Normais Densas, de alta transpiração Chácaras Normais Estradas não pavimentadas Florestas Mal conservadas De superfície dura Muito esparsas, baixa transpiração Esparsas Densas, alta transpiração Normais

13 Tabela 3: Valores de CN para diferentes condições de cobertura em bacias URBANAS Utilização ou cobertura do solo A B C D Zonas cultivadas: sem conservação do solo com conservação do solo Pastagens ou terrenos em más condições Baldios em boas condições Prado em boas condições Bosques ou zonas florestais: cobertura ruim cobertura boa Espaços abertos, relvados, parques, campos de golfe, cemitérios boas condições: com relva em mais de 75% da área Com relva de 50 a 70% da área Zonas comerciais e de escritórios Zonas industriais

14 Tabela 3: Valores de CN para diferentes condições de cobertura em bacias URBANAS (Continuação) Utilização ou cobertura do solo A B C D Zonas residenciais lotes de (m²) % média impermeável < Parques de estacionamentos, telhados, viadutos, etc Arruamentos e estradas asfaltadas e com drenagem de águas pluviais Paralelepípedos Terra

15 Exercício SCS 1. Qual é a chuva efetiva durante um evento de chuva de precipitação total P = 70 mm numa bacia com solos do tipo B e cobertura de florestas? Olhando nas tabelas para Florestas normais: CN = 60 R = A chuva de 70 mm provoca um escoamento superficial direto de 6,3 mm 2. Qual é a chuva efetiva durante o evento de chuva de precipitação total P = 80 mm em uma bacia onde 30% da área é urbanizada (zonas comerciais) e 70% é rural (campos permanentes) e o solo é extremamente argiloso e raso? Solo tipo D Zonas comerciais: CN = 95 Campos permanentes normais: CN = 79 R = 41,9 mm

16 Exercício SCS (chuva intensidade variável) 3. Qual é a chuva efetiva durante o evento de chuva dado na tabela abaixo numa bacia com solos com média capacidade de infiltração (tipo C) e cobertura de pastagens normais em curvas de nível? Tempo (min) Precipitação (mm) Olhando nas tabelas para Pastagens normais em curvas de nível: CN = 75

17 Exercício SCS (chuva intensidade variável) 3. Qual é a chuva efetiva durante o evento de chuva dado na tabela abaixo numa bacia com solos com média capacidade de infiltração (tipo C) e cobertura de pastagens normais em curvas de nível? CN = 75 S = 84,7 Ia = 16,9 Tempo (min) Precipitação (mm) Precipitação acumulada (mm) Chuva efetiva (mm) Chuva efetiva incremental (mm) ,7 0, ,5 2,8