cadernos de exercícios de hidrologia REV01- GABARITO

UNIVERSIDADE  DO  ESTADO  DO  RIO  DE  JANEIRO   FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente                                  

Respostas  do  Caderno  de  Exercícios  de  Hidrologia   Prof.  Alfredo  Akira  Ohnuma  Jr.  &  Profa.  Luciene  Pimentel  da  Silva   Alunos:  Desiher  Pinto  Polastrelli,  Jessica  M.  Luzardo,  Renato  Tito  dos  Santos                             Jun-­‐2013  

FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios    

Cap.  1  -­‐  Ciclo  Hidrológico     1.1.  O  que  é  hidrologia?   Hidrologia   é   a   ciência   que   trata   da   água   na   Terra,   sua   ocorrência,   circulação   e   distribuição,   suas   propriedades   físicas   e   químicas,   e   sua   reação   com   o   meio   ambiente,   incluindo   sua   relação   com   as   formas  vivas  relacionada  com  toda  a   água   da   Terra,   sua     ocorrência,   distribuição   e   circulação,   suas   propriedades  físicas  e  químicas,  seu  efeito  sobre  o  meio  ambiente  e  sobre  todas  as  formas  da  vida.   (US  Federal  Council  for  Sciences  and  Technology  (Chow,  1959)).     1.2.   Qual   a   importância   da   Hidrologia   na   engenharia   civil   e   como   o   engenheiro   civil   se   enquadra   nessa  ciência?      A   Hidrologia   é   uma   ciência   interdisciplinar.   Profissionais   de   diferentes   áreas   como   engenheiros,   geólogos,  matemáticos,  entre  outros  atuam  nas  diferentes  subáreas  dessa  ciência.  A  Hidrologia  é  a   área   que   estuda   o   comportamento   físico   da   ocorrência   e   o   aproveitamento   da   água   na   bacia   hidrográfica,   quantificando   os   recursos   hídricos   no   tempo   e   no   espaço   e   avaliando   o   impacto   da   modificação   da   bacia   hidrográfica   sobre   o   comportamento   dos   processos   hidrológicos.   A   quantificação   da   disponibilidade   hídrica   serve   de   base   para   o   projeto   e   planejamento   dos   recursos   hídricos.   Ex:   produção   de   energia,   hidrelétrica,   abastecimento   de   água,   navegação,   controle   de   enchentes  e  impacto  ambiental.    (Hidrologia  Ciência  e  Aplicação  –  Tucci,  C.E.M)       1.3.   Quais   os   problemas   a   serem   enfrentados   pelo   engenheiro   civil   e   que   envolvem   os   recursos   hídricos?   Planejamento   e   gerenciamento   de   bacia   hidrográfica:   o   desenvolvimento   das   principais   bacias   quanto  ao  planejamento  e  controle  do  uso  dos  recursos  naturais  requer  uma  ação  pública  e  privada   coordenada;     Drenagem   urbana:   atualmente   75%   da   população   do   Brasil   ocupa   o   espaço   urbano.   Enchentes,   produção  de  sedimentos  e  qualidade  da  água  são  problemas  sérios  encontrados  em  grande  parte  das   cidades  brasileiras;     Energia:   a   produção   de   energia   hidrelétrica   apresenta   92%   de   toda   a   energia   produzida   no   país.   O   potencial   hidrelétrico   ainda   existente   é   significativo.   Esta   energia   depende   da   disponibilidade   de   água  da  sua  regularização  por  obras  hidráulicas  e  o  impacto  das  mesmas  sobre  o  meio  ambiente;     O  uso  do  solo  rural:  a  expansão  das  fronteiras  agrícolas  e  o  intenso  uso  agrícola  têm  gerado  impactos   significativos  na  produção  de  sedimentos  e  nutrientes  nas  bacias  rurais,  resultando  em  perda  de  solo   fértil  e  assoreamento  dos  rios;     Qualidade  da  água:  o  meio  ambiente  aquático  (oceanos,  rios,  lagos,  reservatórios  e  aquíferos)  sofre   com   a   falta   de   tratamento   dos   despejos   domésticos   e   industriais   e   de   cargas   de   pesticidas   de   uso   agrícola;    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios       Abastecimento   de   água:   a   disponibilidade   de   água,   que   apesar   de   farta   em   grande   parte   do   país   apresenta  limitações  nas  regiões  áridas  e  semiáridas  do  nordeste  brasileiro.  A  redução  da  qualidade   da   água   dos   rios   e   as   grandes   concentrações   urbanas   têm   apresentado   limitações   quanto   à   disponibilidade  de  água  para  o  abastecimento;     Irrigação:   a   produção   agrícola   nas   regiões   áridas   e   semiáridas   depende   essencialmente   da   disponibilidade   de   água.   No   sul,   culturas   como   o   arroz   utilizam   quantidade   significativa   de   água.   O   aumento  da  produtividade  interfere  no  aumento  da  irrigação  em  grande  parte  do  país;     Navegação:   a   navegação   interior   é   ainda   pequena,   mas   com   grande   potencial   de   transporte,   principalmente  nos  rios  Jacuí,  Tietê/Paraná,  São  Francisco  e  na  Amazônia.  A  navegação  pode  ter  um   peso   significativo   no   desenvolvimento   nacional.   Os   principais   aspectos   hidrológicos   são:   disponibilidade   hídrica   para   calado,   previsão   de   níveis   e   planejamento   e   operação   de   obras   hidráulicas  para  navegação.       (Hidrologia  Ciência  e  Aplicação  –  Tucci,  C.E.M)       1.4.  Quanto  ao  meio  ambiente,  qual  é  a  relação  direta  entre  o  Engenheiro  civil  e  a  Hidrologia?   Quanto  à  preservação  do  meio  ambiente,  modificações  do  uso  do  solo,  regularização  para  controle   de   qualidade   da   água   impacto   das   obras   hidráulicas   sobre   o   meio   ambiente   aquático   e   terrestre,   são   exemplos   de   problemas   que   envolvem   aspectos   multidisciplinares   em   que   a   hidrologia   tem   uma   parcela  importante  no  desenvolvimento  da  formação  do  engenheiro  civil.   (Hidrologia  Ciência  e  Aplicação  –  Tucci,  C.E.M)       1.5.   Além   da   Hidrologia   Aplicada   à   Engenharia   Civil,   em   que   outros   contextos   são   importantes   o   conhecimento  da  Hidrologia?  Por  quê?   A   Ciência   Hidrológica   trata   processos   que   ocorrem   em   sistemas   moldados   pela   natureza.   Os   processos   físicos   ocorrem   num   meio   que   o   homem   não   projetou,   mas   ao   qual   deve-­‐se   adaptar,   procurando   conviver   com   o   comportamento   deste   meio   ambiente.   Para   o   entendimento   desses   processos   é   necessário   interagir   com   diferentes   áreas   do   conhecimento   que   influenciam   o   ciclo   hidrológico,     (Hidrologia  Ciência  e  Aplicação  –  Tucci,  C.E.  M).       1.6.  O  ciclo  hidrológico  é  o  enfoque  central  da  Hidrologia.  Estabeleça  o  ciclo  hidrológico  como  um   fenômeno   global   e   circulação.   Descreva   a   fase   terrestre   do   ciclo   hidrológico.   Enumere   as   principais   etapas  e  represente  a  relação  entre  os  processos  da  fase  terrestre  do  ciclo  hidrológico  na  forma  de   um  diagrama  de  blocos.   O  ciclo  hidrológico  só  é  fechado  em  nível  global.  Os  volumes  evaporados  em  um  determinado  local   do   planeta   não   precipitam   necessariamente   no   mesmo   local,   porque   há   movimentos   contínuos,   com   dinâmicas  diferentes,  na  atmosfera,  e  também  na  superfície  terrestre.      

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     O  ciclo  hidrológico  é  o  enfoque  central  da  hidrologia.  O  ciclo  não  tem  começo  ou  fim  estritamente   definidos,  e  os  diversos  processos  envolvidos  ocorrem  de  forma  contínua  e  dinâmica.  A  água  evapora   dos   espelhos   d´água   e   solos,   fazendo   então   parte   da   atmosfera;   o   vapor   d´água   é   transportado   e   elevado   na   atmosfera   até   condensar-­‐se   e   precipitar-­‐se   sobre   as   superfícies   líquidas   e   solo;   a   precipitação  pode  ser  interceptada  pela  vegetação,  ficar  retida  em  depressões  do  solo  ou  estruturas   existentes,  pode  se  transformar  em  escoamento  superficial,  infiltrar  no  solo,  escoar  através  do  solo   como   escoamento   subsuperficial   e   ser   descarregada   direta   ou   indiretamente   nos   cursos/espelhos   d´água.   Parte   da   precipitação   interceptada   e   transportada   superficialmente   retorna   à   atmosfera   através   da   evaporação.   A   parte   infiltrada   no   solo   pode   percolar   profundamente   e   recarregar   os   lençóis   subterrâneos,   depois   emergindo   em   nascentes   ou   aflorando   nos   cursos   d´água,   formando   escoamento,  e  finalmente  escorrer  em  direção  ao  mar  ou  evaporando  de  volta  à  atmosfera  a  medida   que   o   ciclo   continua   (Chow   et   al.,   1988).  

    (http://www.eng.uerj.br/~luciene/hidraulica_aplicada)     1.7.  Faça  a  particularização  do  ciclo  hidrológico  para  áreas  urbanizadas.   O   desenvolvimento   urbano   altera   a   cobertura   vegetal   provocando   vários   efeitos   que   alteram   os   componentes  do  ciclo  hidrológico  natural.  Com  a  urbanização,  a  cobertura  da  bacia  é  alterada  para   pavimentos   impermeáveis   e   são   introduzidos   condutos   para   escoamento   pluvial,   gerando   as   seguintes  alterações  no  referido  ciclo:      

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     1.  Redução  do  volume  de  infiltração  no  solo;   2.  O  volume  que  deixa  de  infiltrar  fica  na  superfície,    aumentando  o  escoamento  superficial.   Além   disso,   como   foram   construídos   condutos   pluviais   para   o   escoamento   superficial,   tornando-­‐o   mais  rápido,  ocorre  redução  do  tempo  de  deslocamento.    Desta  forma  as  vazões  máximas  também   aumentam,  antecipando  seus  picos  no  tempo;   3.   Com   a   redução   da   infiltração,   o   aquífero   tende   a   diminuir   o   nível   do   lençol   freático   por   falta   de   alimentação   (principalmente   quando   a   área   urbana   é   muito   extensa),     reduzindo   o   escoamento   subterrâneo.   As   redes   de   abastecimento   e   cloacal   possuem   vazamentos   que   podem   alimentar   os   aquíferos,  tendo  efeito  inverso  do  mencionado;   4.   Devido   à   substituição   da   cobertura   natural   ocorre   uma   redução   da   evapotranspiração,   já   que   a   superfície  urbana  não  retém  água  como  a  cobertura  vegetal  e  não  permite  a  evapotranspiração  das   folhagens  e  do  solo;   (Água  Doce  –  Tucci,  C.E.M)       1.8.  Diferencie  os  escoamentos  superficial  e  subterrâneo.   Os  escoamentos  são  em  geral  definidos  em:   a)  superficial,  que  representa  o  fluxo  sobre  a  superfície  do  solo  e  pelos  seus  múltiplos  canais;     b)   subsuperficial   que   alguns   autores   definem   como   o   fluxo   que   se   dá   junto   às   raízes   de   cobertura   vegetal  e;     c)  subterrâneo  é  o  fluxo  devido  à  contribuição  do  aquífero.  Em  geral,  os  escoamentos  superficiais  e   subterrâneos   correspondem   a   maior   parte   do   total,   ficando   o   escoamento   subsuperficial   contabilizado  no  superficial  ou  no  subterrâneo.  (Hidrologia  Ciência  e  Aplicação  –  Tucci,  C.E.  M).     1.9.  Quais  os  riscos  naturais  associados  ao  ciclo  hidrológico  nas  ocupações  humanas?    “Os   impactos   gerados   pela   urbanização   repercutem   no   funcionamento   do   ciclo   hidrológico   ao   interferir  no  rearranjo  dos  armazenamentos  e  na  trajetória  das  águas,  introduzindo  novos  meios  para   sua  transferência  na  área  urbanizada  e  em  torno  da  cidade”  CHRISTOFFOLETTI  (1993).     As  ruas  são  construídas  sobre  os  cursos  d’água  ou  estes  são  canalizados,  visando  o  saneamento  de   suas   margens.   Assim   justificamos   que   “esquecemos   que   todo   o   ecossistema   agregado   ao   rio,   faz   parte  de  nosso  meio,  do    nosso  cotidiano,  de  nossa  história”  SCHIEL  (2003)     1.10.  Cite  5  exemplos  de  obras  hidráulicas.  Apresente  uma  associação  entre  cada  uma  dessas  obras   e  o  estudo  da  Hidrologia.   As   principais   obras   de   controle   de   inundação   no   leito   do   rio   são:   reservatórios,   diques   ou   polders,   ampliação  da  seção  do  rio,  corte  de  meandros  e  redução  da  rugosidade.       Reservatório:   O   reservatório   de   controle   de   enchentes   funciona   retendo   o   volume   do   hidrograma   durante  as  enchentes,  reduzindo  o  pico  e  o  impacto  da  jusante  do  barramento.     Dique:   Hidraulicamente   o   dique   reduz   a   seção   do   escoamento   e   pode   provocar   aumento   da   velocidade  e  dos  níveis  de  inundação.  Para  que  isso  não  ocorra  as  condições  de  fluxo  não  devem-­‐se   alterar  após  a  construção  do  dique.      

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     Ampliação  da  calha  e  redução  da  rugosidade:    Para  a  seção  de  um  rio  que  escoa  uma  vazão,  a  cota   resultante  depende  da  área  da  seção,  da  rugosidade,  raio  hidráulico  e  da  declividade.  Para  reduzir  a   cota   devido   a   uma   vazão   pode-­‐se   atuar   sobre   as   variáveis   mencionadas.   Para   que   a   modificação   seja   efetiva  é  necessário  modificar  estas  condições  para  o  trecho  que  atua  hidraulicamente  sobre  a  área   de  interesse.  Aprofundando  o  canal,  a  linha  de  água  é  rebaixada  evitando  inundação,  mas  as  obras   poderão   envolver   um   trecho   muito   extenso   para   ser   efetivo,   o   que   aumenta   o   custo.   A   ampliação   da   seção   de   medição   produz   redução   da   declividade   da   linha   de   água   e   redução   de   níveis   para   montante.  Estas  obras  devem  ser  examinadas  quanto  à  alteração  que  podem  provocar  na  energia  do   rio   e   na   estabilidade   do   leito.   Os   trechos   de   montante   e   jusante   das   obras   podem   sofrer   sedimentação   ou   erosão   de   acordo   com   a   alteração   produzida   (Hidrologia   Ciência   e   Aplicação   –   Tucci,  C.E.  M).     1.11.  Apresente  um  resumo  da  Lei  9433  de  1997,  que  tem  por  objetivo  definir  a  Política  e  o  Sistema   Nacional  de  Recursos  Hídricos.   O  ponto  de  partida  para  a  mais  adequada  gestão  da  água  no  Brasil  foi  a  promulgação  da  lei  9.433;   que   institui   a   Política   Nacional   de   Recursos   Hídricos   e   cria   o   Sistema   Nacional   de   Gerenciamento   dos   Recursos  Hídricos.  A  referida  lei  introduz  princípios,  objetivos  e  instrumentos  para  a  gestão  eficiente,   efetiva  e  eficaz  da  água:     Integração:  Para  que  o  sistema  de  gestão  dos  recursos  hídricos  proporcione  resultados  satisfatórios   será   necessário   estabelecer   mecanismos   de   convivência   entre   os   vários   usuários   da   água   e   mecanismos  de  integração  das  organizações  de  recursos  hídricos.         Coordenação:   A   adequada   gestão   dos   recursos   hídricos   também   depende   do   estabelecimento   de   uma   instituição   central   coordenadora.   Essa   instituição   deverá   “assegurar   em   nome   do   Poder   Público   uma  repartição  justa  e  a  equidade  no  acesso  ao  recurso  ambiental  água,  promover  o  seu  uso  racional   e  zelar  pelo  equilíbrio  na  gestão  das  águas”  (Sarmento,  1996,  p.11).     Financiamento   Compartilhado:   A   cobrança   pelo   uso   dos   recursos   hídricos   garantirá   a   autonomia   financeira   das   entidades   gestoras   e   a   sustentabilidade   das   operações,   além   de   promover   o   uso   racional   desse   recurso.   A   cobrança   será   aplicada   segundo   a   orientação   dos   planos   de   bacia   e   obedecerá  ao  Princípio  Usuário-­‐Poluidor  Pagador.     Descentralização  e  Participação:  A  gestão  dos  recursos  hídricos  deixa  de  ser  responsabilidade  de  um   pequeno  conjunto  de  órgãos  públicos  e  passa  a  ser  atribuída  à  União,  aos  Estados,  aos  municípios,   aos   usuários   e   à   sociedade   civil.   A   unidade   de   planejamento   e   gestão   da   água   passa   a   ser   a   bacia   hidrográfica,   e   o   fórum   de   decisão   no   âmbito   de   cada   bacia   é   o   Comitê;   constituído   por   representantes  dos  usuários  de  recursos  hídricos,  da  sociedade  civil  organizada  e  dos  três  níveis  de   governo.  (http://www.aaeap.org.ar/ponencias/Data/luchini_adriana_de_mello2.pdf)     1.12.   Quais   são   os   principais   órgãos   do   Sistema   Nacional   de   Recursos   Hídricos   no   contexto   Federal   e  do  Estado  do  Rio  de  Janeiro?  

 

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     O   arcabouço   institucional,   ou   a   Matriz   Institucional   da   Política   Nacional   de   Recursos   Hídricos,   é   constituído  pelos  seguintes  atores:  Conselho  Nacional  de  Recursos  Hídricos,   Secretaria  de  Recursos   Hídricos  e  Ambiente  Urbano,  Agência  Nacional  de  Águas  –  ANA,  Conselhos  de  Recursos  Hídricos  dos   Estados   e   do   Distrito   Federal   (CERHs),   Órgãos   Gestores   Estaduais,   Comitê   de   Bacia   e   Agência   de   Bacia.   No  âmbito  estadual  temos  o  Conselho  Estadual  de  Recursos  Hídricos  (CERHI)  sob  o  exercício  do  INEA.   (http://conjuntura.ana.gov.br)     1.13.   Quais   são   as   principais   funções   desses   órgãos   no   contexto   da   Engenharia   Civil   e   das   obras   hidráulicas?   1. Conselho   Nacional   de   Recursos   Hídricos   -­‐   CNRH:  órgão   consultivo   e   deliberativo,   criado   pela   lei  9433/97,  com  a  função  de  atuar  na  formulação  da  Política  Nacional  de  Recursos  Hídricos,   teve   sua   regulamentação   e   instalação   no   ano   seguinte,   com   o   Decreto   n°   2.612,   de   6   de   junho  de  1998;   2. Secretaria  de  Recursos  Hídricos  e  Ambiente  Urbano  –  SRHU/MMA:  integrante  da  estrutura   do  Ministério  do  Meio  Ambiente,  atuando  como  secretaria  executiva  do  CNRH;   3. Agência  Nacional  de  Águas  –  ANA:  autarquia  sob-­‐regime  especial,  criada  pela  Lei  9984/2000,   possuindo   como   principal   atribuição   à   implementação   da   Política   Nacional   de   Recursos   Hídricos   e   a   coordenação   do   Sistema   Nacional   de   Gerenciamento   de   Recursos   Hídricos   -­‐   SNGRH;   4. Conselhos  de  Recursos  Hídricos  dos  Estados  e  do  Distrito  Federal  (CERHs);   5. Órgãos   Gestores   Estaduais:  outorgar   e   fiscalizar   o   uso   dos   recursos   hídricos   em   rios   de   domínio  dos  Estados;   6. Comitê   de   Bacia   –  integrante   do   SNGREH   onde   são   debatidas   as   questões   relacionadas   à   gestão  dos  recursos  hídricos;  e   7. Agência   de   Bacia   -­‐  escritório   técnico   do   comitê   de   Bacia,   funcionando   como   secretaria-­‐ executiva  do  respectivo  comitê.   (http://conjuntura.ana.gov.br)   1.14.  O  que  são  os  Planos  de  Recursos  Hídricos?  E  quais  são  seus  objetivos?   Como   resultado   da   Lei   das   Águas,   o   Plano   Nacional   de   Recursos   Hídricos   estabelece   metas   para   a   preservação  dos  mananciais  em  todo  o  país.  Construído  em  amplo  processo  de  mobilização  social,  o   documento  final  do  plano  foi  aprovado  pelo  Conselho  Nacional  de  Recursos  Hídricos  (CNRH)  em  30   de  janeiro  de  2006.     O   objetivo   principal   do   Plano     é   “estabelecer   um   pacto   nacional   para   a   definição   de   diretrizes   e   políticas   públicas   voltadas   para   a   melhoria   da   oferta   de   água,   em   quantidade   e   qualidade,   gerenciando   as   demandas   e   considerando   ser   a   água   um   elemento   estruturante   para   a   implementação   das   políticas   setoriais,   sob   a   ótica   do   desenvolvimento   sustentável   e   da   inclusão   social”   (http://www.brasil.gov.br/sobre/meio-­‐ambiente/legislacao-­‐e-­‐orgaos/plano-­‐nacional-­‐de-­‐ recursos-­‐hidricos).      

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     1.15.   Qual   o   conteúdo   mínimo   do   Plano   de   Recursos   Hídricos   estabelecido   na   Lei   9433   de   1997?   Assinale   as   etapas   em   que   pode   haver   contribuições   do   Engenheiro   Civil,   apresentando   um   detalhamento  dessas  funções.   A   Lei   n°   9.433,   de   1997,   dedica   a   Seção   I   do   Capítulo   IV   aos   Planos   de   Recursos   Hídricos   (PRH).   Estabelece   no   art.   6°   que   os   planos   visam   fundamentar   e   orientar   a   implementação   da   Política   Nacional   de   Recursos   Hídricos,   e   no   art.   7°,   que   os   PRH   são  planos   de   longo   prazo   e   que   devem   ter   o   seguinte  conteúdo  mínimo:     I.  Diagnóstico  da  situação  atual  dos  recursos  hídricos;   II.   Análise   de   alternativas   de   crescimento   demográfico,   de   evolução   de   atividades   produtivas   e   de   modificações  dos  padrões  de  ocupação  do  solo;   III.   Balanço   de   disponibilidades   e   demandas   futuras   dos   recursos   hídricos,   em   quantidade   e   qualidade,  com  identificação  de  conflitos  potenciais;   IV.   Metas   de   racionalização   de   uso,   aumento   da   quantidade   e   melhoria   da   qualidade   dos   recursos   hídricos  disponíveis;   V.   Medidas   a   serem   tomados,   programas   a   serem   desenvolvidos   e   projetos   a   serem   implantados,   para  atendimento  das  metas  previstas;   VI.  (VETADO)   VII.  (VETADO)   VIII.  Prioridades  para  outorga  de  direitos  de  uso  de  recursos  hídricos;   IX.  Diretrizes  e  critérios  para  a  cobrança  pelo  uso  de  recursos  hídricos;   X.  Propostas  para  a  criação  de  áreas  sujeitas  a  restrições  de  uso,  com  vistas  à  proteção  dos  recursos   hídricos.   (http://www.cnrh.gov.br)    

Cap.  2  -­‐  Bacia  Hidrográfica     2.1.  O  que  é  bacia  hidrográfica?   Segundo  o  livro  Hidrologia  Ciência  e  Aplicação  (Tucci):   A   bacia   hidrográfica   é   uma   área   de   captação   natural   da   água   da   precipitação   que   faz   convergir   os   escoamentos   para   um   único   ponto   de   saída,   seu   exutório.   A   bacia   hidrográfica   compõe-­‐se   basicamente   de   um   conjunto   de   superfícies   vertentes   e   de   uma   rede   de   drenagem   formada   por   cursos  de  água  que  confluem  até  resultar  um  leito  único  no  exutório.     Segundo  o  IBGE:   “Conjunto  de  terras  drenadas  por  um  rio  principal  e  seus  afluentes”.  É  resultante  da  reunião  de  dois   ou  mais  vales,  formando  uma  depressão  no  terreno,  rodeada  geralmente  por  elevações.  Uma  bacia   se  limita  com  outra  pelo  divisor  de  águas.  Cabe  ressaltar  que  esses  limites  não  são  fixos,  deslocando-­‐ se  em  consequência  das  mutações  sofridas  pelo  relevo.     2.2.   Quais   as   regiões   hidrográficas   brasileiras?   Apresente   as   características   de   cada   uma   dessas   regiões,  inclusive  as  disponibilidades  hídricas.    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     O   Brasil   possui   uma   das   mais   extensas   e   diversificadas   redes   fluviais   do   mundo,   dividida   em   12   regiões  hidrográficas:  Bacia  Amazônica,  Bacia  Tocantins  Araguaia,  Bacia  do  Paraguai,  Bacia  Atlântico   Nordeste  Ocidental,  Bacia  Atlântico  Nordeste  Oriental,  Bacia  do  Paraná,  Bacia  do  Parnaíba,  Bacia  do   São  Francisco,  Bacia  do  Atlântico  Leste,  Bacia  do  Atlântico  Sudeste,  Bacia  do  Atlântico  Sul  e  Bacia  do   Uruguai.     A   região   hidrográfica   Amazônica   detém   73,6%   dos   recursos   hídricos   superficiais   com   vazão   média   de   131.947m³/s,   seguida   de   Tocantins/Araguaia,   com   13.624   m³/s   (7,6%),   Bacia   do   Paraná,   com   11.453m³/s(6,4%),   Bacia   do   Atlântico   Sul,   com   4.174m³/s(2,3%),   Bacia   do   Uruguai,   com   4.121m³/s(2,3%),  Atlântico  Sudeste,  com  3.179m³/s(1,8%),  Bacia  do  São  Francisco  2.850m³/s(1,6%),   Atlântico  Nordeste  Ocidental  com  2.683m³/s  (1,5%),  Bacia  do  Paraguai,  com  2.368m³/s(1,3%),  Bacia   do   Atlântico   Leste,   com   1.492   m³/s   (0,8%),   Bacia   Atlântico   Nordeste   Oriental,   com   779   m³/s   (0,4%)   e   Bacia   do   Parnaíba,   com   763   m³/s   (0,4%)   (http://conjuntura.ana.gov.br/conjuntura/abr_nacional.htm).     2.3.  Quais  os  procedimentos  para  a  delimitação  de  uma  bacia  hidrográfica?   Etapa  1.  Definir  o  ponto  em  que  será  feita  a  delimitação  da  bacia,  o  qual  define  o  exutório,  situado  na   parte   mais   baixa   do   trecho   (jusante)   em   estudo   do   curso   d’água   principal.   Reforçar   a   marcação   do   curso   d’água   principal   e   dos   tributários   (os   quais   cruzam   as   curvas   de   nível,   das   mais   altas   para   as   mais   baixas,   e   definem   os   fundos   de   vale).   Etapa   2.   Definir   o   limite   da   bacia   hidrográfica,   partir   do   exutório   e   conectar   os   pontos   mais   elevados,   tendo   por   base   as   curvas   de   nível.   O   limite   da   bacia   circunda  o  curso  d’água  e  tributários,  não  podendo  nunca  cruzá-­‐los.  Próximo  a  cada  limite  marcado,   verificar   se   uma   gota   de   chuva   que   cair   do   lado   de   dentro   do   limite   realmente   escoará   sobre   o   terreno   rumo   às   partes   baixas   (cruzando   perpendicularmente   as   curvas   de   nível)   na   direção   dos   tributários   e   do   curso   d’água   principal   (se   ela   correr   em   outra   direção   é   porque   pertence   a   outra   bacia).   Dentro   da   bacia   poderá   haver   locais   com   cotas   mais   altas   do   que   as   cotas   dos   pontos   que   definem   o   divisor   de   águas   da   bacia.   (Departamento   de   Engenharia   de   Transportes   e   Geotecnia,   UFMG)     2.4.  A  linha  de  cumeeira  pode  ser  usada  perfeitamente  para  delimitar  a  bacia  hidrográfica?   O   contorno   da   bacia   é   definido   pela   linha   de   separação   de   águas   que   divide   as   precipitações   que   caem   na   bacia   das   que   caem   em   bacias   vizinhas   e   que   encaminham   o   escoamento   superficial   resultante  para  um  ou  outro  sistema  fluvial.  A  linha  de  cumeeira  apenas  intercepta  a  linha  de  água   na   secção   de   referência;   e   não   corta   as   linha   de   água   das   bacias   vizinhas.   Esta   linha   passa   pelos   pontos   de   cota   mais   elevada   entre   a   bacia   e   as   bacias   vizinhas.   O   trajeto   da   linha   de   cumeeira   é   definido  pela  forma  das  curvas  de  nível.     2.5.  O  que  são  divisores  de  águas?   Materializa-­‐se  no  terreno  pela  linha  que  passa  pelos  pontos  mais  elevados  do  terreno  e  ao  longo  do   perfil  mais  alto  entre  eles,  dividindo  as  águas  de  um  e  outro  curso  d’água.  É  definido  pela  linha  de   cumeeira  que  separa  as  bacias.   (Lencastre,  A.;  Franco,  F.  M.  "Lições  de  hidrologia")      

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     2.6  Explique  o  processo  e  troca  lateral  de  água  entre  bacias  hidrográficas.   A   circulação   de   água   entre   bacias   pode   ocorrer   a   partir   da   água   que   infiltra   no   solo   decorrente   da   superfície   do   solo,   da   transpiração   das   plantas   e   das   curvas   de   níveis   dada   pelo   terreno.   A   parte   superior  do  solo  pode  reter  uma  determinada  quantidade  de  água,  sendo  definida  como  "capacidade   de  campo".  Se  houver  superação  da  capacidade  de  campo,  a  água  passa  para  uma  zona  mais  baixa   chamada  zona  de  saturação  ou  zona  de  escoamento  subterrâneo.  Nesse  caso,  no  que  depender  das   condições   geológicas,   a   água   deixa   de   percorrer   zonas   de   água   subterrânea   de   uma   bacia   para   outra   bacia,  ocasionando  as  trocas  laterais  ou  circulação  de  água  entre  bacias.     2.7  A  expressão  “Bacia  Hidrográfica”  pode  ser  entendida  como:   Letra  "a''     2.8.  A  área  da  bacia  hidrográfica  interfere  nas  vazões  do  leito  principal?  Explique.     A   área   é   um   dado   fundamental   para   definir   a   potencialidade   hídrica   da   bacia   hidrográfica,   porque   seu  valor  multiplicado  pela  lâmina  da  chuva  precipitada  define  o  volume  de  água  recebido  pela  bacia.     2.9.  Tendo  como  exemplo  as  4  bacias  hidrográficas  apresentadas  no  quadro  2.1,  analise  e   responda.  (a)  Qual  delas  terá  um  tempo  de  concentração  maior?  (b)  Qual  delas  é  menos  propícia   às  enchentes?       a)   A   importância   da   forma   da   bacia,   particularmente   para   fins   de   inundação,   está   associada   ao   conceito   de   tempo   de   concentração,   tc,   que   é   o   tempo   contado   a   partir   do   início   da   precipitação,   necessário   para   que   toda   a   bacia   contribua   para   a   vazão   na   seção   de   saída   ou   em   estudo,   isto   é,   corresponde  ao  tempo  que  a  partícula  de  água  de  chuva  que  cai  no  ponto  mais  remoto  da  bacia  leva   para,   escoando   superficialmente,   atingir   a   seção   em   estudo.   De   acordo   com   as   figuras   apresentadas,   a  bacia  achatada  retangular  (4a)  com  FF  =  4.00  é  a  que  possui  maior  tempo  de  concentração.     b)  A  3a  bacia  com  FF=0.25  é  a  bacia  menos  susceptível  às  inundações,  pois  são  bacias  alongadas,  o   que  torna  menos  provável  que  uma  chuva  de  elevada  intensidade  cubra  toda  sua  extensão.     2.10.  O  uso  e  o  tipo  de  solo  da  bacia  hidrográfica  estão  diretamente  ligados  a  infiltração? Comente.

O   uso   e   o   tipo   de   solo,   como   por   exemplo,   a   cobertura   vegetal   influenciam   no   processo   de   infiltração:   as   raízes   modificam   a   estrutura   do   solo,   provocando   fissuras   que,   juntamente   com   a   redução   da   velocidade   do   escoamento   superficial,   favorecem   a   infiltração.   Por   isso,   quando   uma   bacia   é   parcialmente   urbanizada,   ou   sofre   desmatamento,   tem-­‐se   em   conseqüência   um   aumento   no   volume   do   escoamento   superficial,   em   decorrência   das   menores   perdas   por   interceptação,   transpiração   e   infiltração.   Com   o   desmatamento,   o   escoamento   superficial   ocorre   de   forma   mais   rápida  sobre  um  terreno  menos  permeável  e  menos  rugoso,  o  que  intensifica  o  processo  de  erosão  e   de   carreamento   de   sólidos   em   direção   às   calhas   fluviais,   lagos   e   reservatórios,   acelerando   o   assoreamento.   O   maior   volume   do   escoamento   superficial   e   o   menor   tempo   de   resposta   da   bacia   resultam   no   aumento   das   vazões   de   pico   que,   juntamente   com   a   redução   da   calha   natural   do   rio,   provocam  freqüentes  inundações.     O   tipo   de   solo   e   o   estado   de   compactação   da   camada   superficial   têm   importante   efeito   sobre   a   parcela   da   água   de   infiltração.   As   características   de   permeabilidade   e   de   porosidade   do   solo   estão   intimamente   relacionadas   com   a   percolação   e   os   volumes   de   água   de   armazenamento,   respectivamente.  Solos  arenosos  propiciam  maior  infiltração  e  percolação,  e  reduzem  o  escoamento   superficial.   Por   outro   lado,   os   solos   siltosos   ou   argilosos,   bem   como   os   solos   compactados   superficialmente,  produzem  maior  escoamento  superficial.    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios       (Cap.  Bacia  Hidrográfica:  CIV  226:  Prof.  Antenor  R.  Barbosa  Jr).     Os   fatores   que   vão   influenciar   na   infiltração   são   a   umidade   relativa;   precipitação   (quantidade,   intensidade  e  duração);  geologia  (tipo  de  solo);  glanulometria  e  arranjo  das  partículas;  cobertura  do   solo  (ocupação);  topografia;  evapotranspiração.       2.11.  Delimite  a  bacia  hidrográfica  com  exutório  no:     (a)  Ponto  X  (vermelho)  no  mapa  apresentado  a  seguir.  (b)  Ponto  X  (preto)  no  mapa  apresentado  a   seguir        

   

 

Cap.  3  -­‐  Elementos  da  Climatologia     3.1.  Por  que  se  pode  considerar  que  em  certo  volume  e  em  uma  determinada  temperatura  o  vapor   de  água  é  constante?     Porque  para  uma  dada  temperatura  existe  uma  quantidade  máxima  de  vapor  de  água  (es)  que  o  ar   pode   conter.   Quando   um   certo   volume   de   ar,   a   uma   dada   temperatura,   encerrar   essa   quantidade   máxima,  diz-­‐se  que  o  vapor  é  saturante  ou  que  a  porcentagem  de  saturação  é  de  100%.     3.2.  O  que  é  pressão  saturante?       É   quando   possui   uma   pressão   impossível   de   comprimir   sob   a   forma   gaseiforme,   isto   é,   aproximar   mais  suas  moléculas.     3.3.  Explique  o  processo  de  condensação  de  vapor  d’água  que  ocorre  quando  a  temperatura  da   atmosfera  diminui?         A  resfriar-­‐se  a  massa  de  ar,  tende  a  aumentar  as  forças  de  atração  molecular  e  enfraquecer  a  forças   de  repulsão.  Quando  por  resfriamento  em  temperaturas  positivas,  o  ponto  de  saturação  for  atingido,    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     o   excesso   de   vapor   passa   a   condensar-­‐se   sob   a   forma   de   minúsculas   gotas   líquidas   que   vão   constituir,   na   atmosfera,   as   nuvens   e   o   nevoeiro.   Para   temperaturas   abaixo   do   ponto   de   congelamento   a   tensão   de   saturação   sobre   o   gelo   apresenta   valores   inferiores   à   aqueles   sobre   a   água   em   estado   de   sobrefusão.   Esta   característica   permite   a   formação   de   nuvens   e   precipitações   em   regiões  frias.     3.4.  Em  determinado  momento  observa-­‐se,  num  psicrômetro  sem  aspiração  forçada,  uma   temperatura  do  bulbo  seco  de  28  °C  e  uma  temperatura  do  bulbo  úmido  de  22  °C.  A  pressão   atmosférica  é  de  0,94x105  Pa.  Calcular  a  pressão  de  vapor,  a  umidade  relativa  do  ar  e  o  déficit  de   vapor.       estu  =  610,8  x  𝑒𝑥𝑝 (17.3  x 22/237,3+22)  =  2650,7  Pa   ea  =  2650,7  –(8,0  x  10-­‐4  x  0,94  x  105)  x  (28  –  22)  =  2199,5  Pa     es  =  610,8  x  𝑒𝑥𝑝 (17.3  x 28/237,3+28)  =  3791,9  Pa   UR  =  ea/es  =  2199,5/3791,9  =  0,58  ou  58%   D  =  es  -­‐  ea  =  1592,4  Pa       3.5.  Calcule  as  pressões  de  vapor  saturado  para  temperaturas  de  10°C,  20°C,  30°C  e  100°C,  e   construa  um  gráfico  temperatura  x  pressão.       Substituindo  o  valor  da  temperatura  na  equação  de  Tetens:   es,10  =  610,8.  𝑒𝑥𝑝 (17,3  x  10/237,3+10)  =  1229,5  Pa  =  1,23  KPa   es,20  =  610,8.  𝑒𝑥𝑝 (17,3  x  20/237,3+20)  =2343,7  Pa  =  2,34  KPa   es,30  =  610,8.  𝑒𝑥𝑝 (17,3  x  30/237,3+30)  =  4257,4  Pa  =  4,26  KPa   es,100  =  610,8.  𝑒𝑥𝑝 (17,3  x  100/237,3+100)  =  103.129  Pa  =  103  KPa      

   

 

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     3.6.  Qual  é  a  umidade  absoluta  (quantos  gramas  de  água  cada  m3  de  ar  contém)  nas  condições   atmosféricas  descritas  do  exercício  3.4?  Quantos  gramas  de  água  seriam  necessários  para  levá-­‐lo  a   saturação?       UA  =  (  𝑒a / 𝑅𝑇  )  MH2O=  (2199,5  x 18)  /  (8,314  x  301)  =  19,1  gramas  por  m³  de  ar   Para  calcular  quantos  gramas  de  água  seriam  necessários  para  levar  esse  ar  a  saturação,  calculamos  a   umidade  absoluta  do  ar  saturado:     UA  =  (  𝑒a / 𝑅𝑇  )  MH2O=  (3791,9  x  18)  /  (8,314  + 301)  =  27,3  gramas  de  água  por  m3  de  ar.     Para  saturar  o  ar,  devemos  elevar  seu  teor  de  água  de  19,1  para  27,3  g/m3,  acrescentando  portanto   8,2  g/m3.     3.7.   Além   das   alturas   pluviométricas   quais   as   outras   variáveis   monitoradas   numa   estação   climatológica   completa?   Quais   as   recomendações   que   devem   ser   seguidas   na   instalação   de   uma   estação  climatológica?     Além   do   monitoramento   das   alturas   pluviométricas   (precipitação),   uma   estação   climatológica   também  pode  medir  a  temperatura,  umidade  relativa,  velocidade  do  vento  e  radiação  solar.       Geralmente  dois  aspectos  principais  são  levados  em  consideração  na  escolha  da  localização  de  uma   estação  climatológica:  um  está  relacionado  com  as  questões  de  acessibilidade,  vigilância  e  apoio  ao   local   e,   o   outro,   está   relacionado   com   as   propriedades   naturais   do   local;   como   inexistência   de   barreiras,   como   árvores   e   prédios,   que   interfiram   com   a   captação   da   precipitação   por   parte   do   pluviômetro  ou  pluviógrafo.       Deve-­‐se   também   observar   a   localização   dos   postos   já   existentes   na   região   de   estudo,   maximizando   a   representatividade  da  rede  de  observação.      

Cap.  4  -­‐  Evapotranspiração     4.1  -­‐  O  que  e  evaporação  e  qual  seu  significado  para  engenharia  civil?   É  o  processo  físico  no  qual  um  líquido  ou  sólido  passa  ao  estado  gasoso.  Informações  quantitativas   desses   processos,   que   se   constituem   em   importante   fase   do   ciclo   hidrológico,   são   utilizadas   na   resolução  de  numerosos  problemas  que  envolvem  o  manejo  d’água.  Tanto  o  planejamento  de  áreas   agrícolas  de  sequeiro  ou  irrigada,  a  previsão  de  cheias  ou  a  construção  e  operação  de  reservatórios,   requerem  dados  confiáveis  de  evaporação  e/ou  evapotranspiração.     “Evaporação   é   o   possesso   físico   no   qual   um   líquido   ou   solido   passa   ao   estado   gasoso.   Em   meteorologia,  o  termo  evapotranspiração  restringe-­‐se  à  mudança  da  agua  para  o  estado  liquido  para   vapor  devido  á  radiação  solar  e  aos  processos  de  difusão  molecular  e  turbulenta  (...)”.                                                                                                                                                                                      (Tucci,  Carlos,  2007.  pág.  253).            “Evaporação  é  o  conjunto  de  fenômenos  da  natureza  física  que  transforma  em  vapor  de  água  da   superfície  do  solo,  a  curso  de  água,  lagos  reservatórios  de  acumulação  e  mares  (...)”.  

 

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios                                                                                                                                                                                          (Martins,José.,1976.pág  56).                A  evaporação  faz  parte  do  balanço  hídrico,  de  modo  que,  para  a  engenharia  civil,  o  mesmo  deve   ser  estudado  e  quantificado.       4.2.  A  transpiração  é  relevante  para  a  Engenharia  Civil?   Sim,  pois  a  quantidade   de   água   transpirada   diariamente  é  grande  em  relação  às  trocas   de  água   na   planta,   de   modo   que   se   pode   considerar   o   fluxo   através   da   planta,   em   curtos   períodos   de   tempo,   como   um   processo   em   regime   permanente.   As   diferenças   de   potencial,   em   distintos   pontos   do   sistema  são  proporcionais  à  resistência  do  fluxo.  A  menor  resistência  ao  fluxo  é  encontrada  no  fluxo   das  folhas  para  a  atmosfera,  devido  a  mudança  do  estado  líquido  para  o  vapor.  A  passagem  para  a   atmosfera  ocorre  através  de  estômatos  localizados  nas  folhas  e  a  diferença  total  do  potencial  entre  o   solo  e  atmosfera  pode  chegar  a  centenas  de  bares.  O  transporte  da  água  desde  as  folhas  até  a  massa   de  ar  ocorre  também  através  do  processo  de  difusão  de  vapor,  sendo  proporcional  ao  gradiente  de   tensão  real  e  a  saturação  de  vapor,  relaciona-­‐se  exponencialmente  com  o  potencial  hídrico.     4.3.  Qual  a  diferença  entre  evapotranspiração  real  e  evapotranspiração  potencial?     Ambas   são   a   quantidade   de   água   transferida   para   a   atmosfera   por   evaporação   e   transpiração,   sendo   a  potencial,  na  unidade  de  tempo,  de  uma  superfície  extensa,  completamente  coberta  de  vegetação   de   porte   baixo   e   bem   suprida   de   água,   enquanto   a   real,   será   nas   condições   reais   (existentes)   de   fatores   atmosféricos   e   umidade   do   solo.   A   evapotranspiração   real   deve   ser   menor   que   a   evapotranspiração  potencial.     4.4.  Quais  fatores  atmosféricos  interferem  na  evaporação?     Os   principais   fatores   atmosféricos   que   interfere   na   evaporação   são:   a   radiação   disponível,   a   temperatura,  a  umidade  relativa,  o  déficit  de  pressão  de  vapor  e  a  velocidade  do  vento.     4.5.  Quais  fatores  relevantes  da  superfície  evaporante  interferem  com  a  evaporação?     Na  evaporação  de  uma  superfície  de  solo  descoberto,  quando  este  está  saturado,  ou  mesmo  quando   o  nível  freático  for  elevado,  atuam  somente  os  fatores  metereológicos.  Por  outro  lado,  na  condição   de   solo   não   saturado   ou   nível   freático,   à   grande   profundidade,   o   processo   de   evaporação   passa   a   depender   também   das   propriedades   do   perfil   do   solo,   principalmente   da   condutividade   hidráulica,   que  é  função  da  estrutura  e  textura  do  mesmo.     4.6.Quais  são  os  principais  métodos  utilizados  para  determinar  as  taxas  potenciais  de evaporação?   Os  principais  métodos  para  determinação  das  taxas  potenciais  de  evaporação  são:  transferência  de   massa,  balanço  de  energia,  equações  empíricas,  balanço  hídrico  e  evaporímetros     4.7.    Explique  o  método  do  “Balanço  Hídrico”  para  obtenção  das  taxas  reais  de  evaporação.   Informações  confiáveis  sobre  o  cálculo  da  evapotranspiração  real  são  escassas  e  de  difícil  obtenção,   pois  demandam  um  longo  tempo  de  observação  e  custam  muito  caro.       Sendo   um   processo   complexo   e   extremamente   dinâmico,   que   envolve   organismos   vivos   como   o   solo   e   a   planta   é   muito   difícil   estabelecer   um   valor   exato   de   evapotranspiração   real.   Entretanto,   a   conjugação   de   inúmeras   informações   associadas   ao   conceito   de   ETP,   nos   permite   estimativas   suficientemente  confiáveis  para  a  grande  maioria  dos  estudos  de  hidrologia.      

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     As   diferenças   entre   a   evapotranspiração   real   e   potencial   diminuem   sempre   que   os   intervalos   de   tempo  utilizados  para  o  cálculo  da  segunda  são  ampliados  (um  mês  ou  mais).  Neste  caso,  entretanto,   as  estimativas  não  podem  ser  feitas  considerando  o  intervalo  de  tempo  diário,  mas  apenas  o  anual,   ou  maior.  Isto  ocorre  porque,  dependendo  do  tamanho  da  bacia,  a  água  da  chuva  pode  permanecer   vários  dias  ou  meses  no  interior  da  bacia  antes  de  sair  escoando  pelo  exutório.       Para  estimar  a  evapotranspiração  por  balanço  hídrico  de  uma  bacia  é  necessário  considerar  valores   médios  de  escoamento  e  precipitação  de  um  período  relativamente  longo,  idealmente  superior  a  um   ano.   A   partir   daí   é   possível   considerar   que   a   variação   de   armazenamento   na   bacia   pode   ser   desprezada,  e  a  equação  de  balanço  hídrico  se  reduz  à  equação  E  =  P-­‐Q.     4.8-­‐   A   região   da   bacia   hidrográfica   do   rio   Forquilha,   no   Norte   do   RS   próxima   a   Lagoa   Vermelha,   recebe  precipitações  médias  anuais  de  1800  mm  No  município  de  Sananduva  há  um  local  em  que   são  medidas  as  vazões  deste  rio  e  uma  análise  de  uma  série  de  dados  diários  ao  longo  de  11  anos   revela  que  a  vazão  média  do  rio  é  de  43,1  m3.  s-­‐1.  Considerando  que  a  área  da  bacia  neste  local  é  de   1604  Km2,  qual  é  a  evapotranspiração  média  anual  nesta  bacia?                O  balanço  hídrico  de  uma  bacia  é  dado  pela  equação  abaixo:     ΔV  =  (  P×A  +I–  E  ×A–  Q  ).Δt  onde  V  é  o  volume  acumulado  na  bacia,  t  é  o  tempo,  P  é  a  precipitação,  A   área  da  bacia,  E  a  evapotranspiração  o  escoamento  final,  é    I  o  escoamento  inicial  .  Numa  média  de   longo  prazo  podemos  desconsiderar  a  variação  de  volume  (ΔV).     PA  =  Vazão  +  E  ×A+  Vazão  (I-­‐Q).     Onde  P  ×A  é  a  precipitação  (mm/ano);  Vazão  é  a  vazão  (ou  escoamento)  em  (mm/ano);  e  E  ×A  é  a   evapotranspiração  (mm/ano).   A  vazão  de  43,1  m3×s  -­‐1  é  equivalente  a  um  volume  anual  de  =   =  43,1  m  3.s-­‐1×86400  s×dia  -­‐1×365  dias.  Ano-­‐1  =  1359,2  ×109  de  m  3.ano-­‐1   Este  volume  corresponde  a  uma  lâmina  (altura)  dada  por:     =  (volume  anual  /  área  da  bacia)  =  (1359,2  ×109  m  3ano-­‐    1  )/(1604×106  m2)   =0,847m×ano-­‐1  =  847  mm/ano.     Portanto  a  evapotranspiração  da  bacia  é  dada  por:   E×A=P×A-­‐Q=  1800  mm/ano  -­‐  847  mm/ano=953  mm.ano-­‐1     4.9-­‐Você  foi  chamado  para  fazer  um  anteprojeto  de  uma  barragem  que  irá  abastecer  uma  cidade   de   100.000   hab.   E   uma   área   a   ser   irrigada   de   5000   hectares.   Verificar   através   do   balanço   hídrico   se   a  barragem  terá  condições  para  atender  a  demanda  total  com  base  nos  seguintes  dados:     Dados:     Área  da  bacia  hidrográfica  delimitada  pela  barragem  =  300  km²   Precipitação  média  anual  na  bacia  =  1.300  mm   Evapotranspiração  anual  na  bacia  =  1.000  mm   Evaporação  anual  de  superfícies  líquidas  =  1.500  mm   Área  média  do  espelho  d’água  do  reservatório  =  18  km²   Demanda  do  abastecimento  =  150  l/hab/dia    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     Demanda  anual  de  irrigação  =  9.000  m³/hectare   Sabendo  que  10000m²  =  1  hectare                                                5000  m²  =  0,5  hectare=  hectare-­‐1.                                              1L=1.10-­‐3m3.     De  uma  maneira  geral  o  balanço  hídrico  e  dado  pela  seguinte  formula;     Balanço  =Volume  de  Entrada  –  Volume  de  Saída.        Logo,  temos  entrando  no  nosso  reservatório;     Volume  da  precipitação=Área  da  bacia×  Precipitação  media  =  300.106m²×1.300.101m  =  390×106  m3.     Já,  saindo  do  reservatório;     Volume  da  evaporação  da  bacia  =  (Área  da  bacia  -­‐  Área  média  do  espelho  d’água  do  reservatório).       Evapotranspiração  =  (300  km²-­‐18  km²).  1×10-­‐3m  =  282.106m3  .     Volume   da   Evaporação   do   reservatório   =   Volume   da   Evaporação   da   bacia   ×   Área   média   do   espelho   =   282×1,8×106  m3     Demanda  da  população  =  150.10-­‐3×365dia/ano×100,000  =  5,475×106  m3   Demanda  da  irrigação  =  900×5000  =  45×106  m3    

Balanço  Hídrico  =  (390-­‐282-­‐5,475-­‐45-­‐27)  ×106  m3  =  30,525106  m3    

  4.10.   Um   tanque   classe   A   situado   no   centro   de   uma   área   gramada   com   11   m   de   raio,   forneceu-­‐nos   valores   de   evaporação   (ECA)   em   diferentes   períodos   (1,   2,   3   e   4)   para   os   quais   foram   anotadas   diferentes   condições   meteorológicas   (quadro   a   seguir).   Determinar   a   evapotranspiração   de   referência  (ETo)  para  cada  período.     Kp  =  0,482  +  0,024  ×Ln  (B)  –  0,000376×  U  +  0,0045  ×UR  

 

B  =  bordadura;  U=  vento;  UR=umidade  relativa.   B  =2πr,  logo  B=11×2×π=69,11m.   Método  do  Tanque  Classe  A   Esse  método  consiste  na  utilização  de  um  tanque  de  evaporação  direta,  cheio  de  água,  onde  são   feitas  medidas,  em  milímetros,  da  água  evaporada  entre  uma  leitura  e  outra.    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     Método   muito   comentado   e   utilizado   no   passado,   apresenta   limitações   técnicas,   principalmente   para  irrigações  de  alta  freqüência  (pivô  e  localizada).   Na  coluna  1,  2,  3  e  4,  iremos  passar  todos  os  termos  para  metro.  Logo  teremos  a  seguintes  colunas.     Sabemos  que  ETo  =  Kp  ×  ECA     Kp   Coluna  1  =  0,482  +  0,024  ×  ln  (22  x  3,14)  -­‐  0,000376  ×  90  +  0,0045  ×  30  =  0,6848   Coluna  2  =  0,482  +  0,024  ×  ln  (22  x  3,14)  -­‐  0,000376  ×  180  +  0,0045  ×  60  =  0.7860   Coluna  3  =  0,482  +  0,024  ×  ln  (22  x  3,14)  -­‐  0,000376  ×  80  +  0,0045  ×  510  =  0,7519   Coluna  4  =  0,482  +  0,024  ×  ln  (22  x  3,14)  -­‐  0,000376  ×  700  +  0,0045  ×  35  =  0,4780     ETo   ETo=Kp×ECA   Coluna  1  =  0,6848  ×  4,0  =  2,73   Coluna  2  =  0.7860  ×  5,2  =  4,09   Coluna  3  =  0,7519  ×  6,0  =  4,51   Coluna  4  =  0,4780  ×  7,2  =  3,44         1   2   3   4   Kp   0,6848   0,7860   0,7519   0,4780   Eto   2,73   4,09   4,51   3,44                           4.11.   A   partir   do   sítio   http://br.weather.com/weather/climatology/BRXX0201   foram   obtidas   as   informações   apresentadas   a   seguir.   Determine   as   taxas   de   evaporação   e   os   possíveis   déficits   hídricos  médios  mensais  e  médio  anual.    

 

             Dado  a  formula  iremos  achar  os  valores  referentes  à  evaporação  onde  o  método  utilizado  baseia-­‐ se  na  temperatura  do  ar.         EPT=Fc.16(10(T/I))^a,   onde   T=   temperatura   media   do   ar   (oC);Fc   =fator   de   correção   em   função   da   latitude   e   mês   do   ano   ;ETP=evapotranspiração   potencial   para     mês   de   30   dias   e   comprimento   de   12h(mm/mês).                                                                                                                                                                                    (Tucci,  Carlos,  2007.  pág.  273).   Latitude  do  Rio  de  Janeiro.  -­‐22°  54'  10'‘.    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios      (http://www.apolo11.com/latlon.php?uf=rj&cityid=19,  data  do  acesso  9/12/12  às  13h59min).                              Iremos   trabalhar   com   a   latitude   25,   conforme   tabela   3   do   livro   de   Hidrologia   ciência   e   aplicação,  pág.  286.                            .                                                                                                                                                  (Tucci,  Carlos,  2007.  pág.  286).            I=∑(ti/5)^1,514                  Ti=temperatura  do  mês  analisado    em  oC.          .  a=  67,5×10-­‐8×I2-­‐7,71×10-­‐6.I2+0,01791×I+0,492.          .                                                                                                                                                                        (Tucci,  Carlos,  2007.  pág.  274).  

        4.12.   Um   reservatório   implantado   num   vale,   tem   sua   evaporação   medida   por   cuba   evaporimétrica   classe   A   e   chuva   observada   através   de   um   pluviômetro,   ambos   instalados   sobre   o   terreno   à   margem   do   lago   formado   pelo   reservatório.   Em   um   mês   do   período   seco,   a   evaporação   medida   foi   de   155   mm   No   mesmo   mês   foi   acumulada   uma   chuva   de   154   mm.   Qual   será   a   vazão   média   afluente   ao   reservatório,   se   a   vazão   média   efluente   do   reservatório   no   mesmo   mês   foi   55   m3/s.   Abaixo  é  fornecida  a  relação  cota  x  área  x  volume.  Considere  que  os  volumes  do  reservatório  no   início   e   fins   do   mês   eram   de   290   x   106   e   190   x   106   m3,   respectivamente.   Comente   a   solução   da   questão.     Relação  entre  cota  x  área  x  volume     Cota  (m)   Área  (Km2)   Volume  (x106  m3)   610   10   10   620   25   50   630   55   65   640   70   90   650   110   200   660   144   250   670   198   370      

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     De   início,   pode-­‐se   definir   a   área   média   por   interpolação,   relacionando   a   área   com   o   volume   do   reservatório.     Sabendo  que  Ai  =  Área  do  reservatório  no  inicio  e    Af  =  área  do  reservatório  no  final.     Precipitação  =  154×10-­‐3m   Evaporação    =  155×10-­‐3m     ((110-­‐70)/(110-­‐Aa))=((200-­‐90)/(200-­‐190))   Af  =  162,00  km2     ((198-­‐144)/(198-­‐Aa))=((370-­‐250)/(370-­‐290))   Ai  =  106,36km2     Logo  teremos;     Área  Média  =  (162+106,36)/2  =  134,18×106m2   Vazão  média  afluente/mês    =  55  ×  3600s  ×  24h  ×  30dias  =  14,256×107  m3/mês     Precipitação  (P):  (P×A)  =  Precipitação  x  Área  Média  =     =  154×10-­‐3  ×  134,18×106  m/mês.   =  20,664.106  m3/mês  =  7,97m3/s     Evaporação  (E6:(E  ×A)  =  Evaporação  x  Área  Média  =     =  155x10-­‐3  ×  134,18×106  m/mês.     =  20,798×106  m3/mês  =  8,02  m3/s     Vi  =  290  x  106  m3/mês  =  111,88  m3/mês   Vf  =  190  x  106  m3/mês  =  73,30  m3/mês   E=I - O - ΔS E=(Qa+P) - Qe - ΔS E=i+((Qa-Qe)/A)-(1/A).(ΔV/Δt) Qa = E.A - P.A + ΔS + Qe     Qa  =  8,02  -­‐  7,97  +  (73,30  -­‐  111,88)  +  55   Qa  =  16,5  m3/s         4.13.  Durante  o  mês  de  outubro  a  evaporação  medida  em  cuba  classe  A  sobre  o  terreno,  junto  a   um   reservatório   foi   de   263   mm   Quantos   m3   de   água   foram   evaporados   durante   o   mês,   se   a   superfície  do  reservatório  diminui  de  18  km2  para  15  km2.  Faça  as  suposições  que  julgar  necessárias   e  comente  os  resultados.     Área  média  =(18+15)/2=16,5m2     Volume  da  evaporação  =16,5m2×263  .10-­‐3m=4,3395  m3.    

Cap.  5  -­‐  Precipitação    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios       5.1.  O  que  é  precipitação?   Entende-­‐se   por   precipitação   a   água   proveniente   do   vapor   de   água   da   atmosfera   depositada   na   superfície  terrestre  de  qualquer  forma,  como  chuva,  granizo,  orvalho,  neblina,  neve  ou  geada.                                                                                                                                                                                              (Hottiz,  Antônio,  1976.  pág.  7).     5.2.  Quais  os  mecanismos  de  formação  da  precipitação?   O   vapor   de   água   contido   na   atmosférica   constituí   um   reservatório   potencial   de   agua   que,   ao   condessar-­‐se,  possibilita  a  ocorrência  de  precipitação  (...).                                                                                                                                                                                      (Tucci,  Carlos,  2007,  pág.  177).   5.3.  Qual  a  diferença  entre  chuvas  convectivas,  frontais  e  orográficas?     (a)  Frontais.  Aquelas  que  ocorrem  ao  longo  da  linha  de  descontinuidade,  separando  duas  massas  de   ar  de  características  diferentes’’.   b)  Ortograficas.Aquelas  que  ocorrem    quando  o  ar  e  forçado  a  transpor  barreiras  de  montanhas  .”     c)   Convectivas.   Aquelas   que   são     provocadas   pela   acessão   de   ar   derivada   as   diferenças   de   temperatura  na  camada  vizinha  da  atmosfera  .São  conhecidas  como  tempestades  ou  trovoadas(...)”.                                                                                                                                                                                      (  Hottiz,  Antônio,  1976.pág  8).     5.4.  Defina  altura  pluviométrica,  intensidade  e  duração  de  uma  chuva.     Altura   pluviométrica   (P   ou   R):   é   a   espessura   media   da   lamina   de   água   precipitada   que   recobriria   a   região   atingida   pela   precipitação   admitindo-­‐se   que   essa   água   não   se   infiltrasse   não   se   evaporasse,   nem  se  escoasse  para  fora  dos  limites  da  região  (...).     Duração(t):é  o  período  de  tempo  durante  o  qual  a  chuva  cai.(...).     Intensidade  (i):  é  a  precipitação  por  unidade  de  tempo,  obtida  como  a  relação  I=P/t.(...).                                                                                                                                                                                      (Tucci,  Carlos,  2007,  pág.  180).       5.5.  De  acordo  com  pluviograma  abaixo,  qual  foi  a  intensidade  da  chuva?  

             Interpretado  o  gráfico  obtemos  as  seguintes  informações;          Precipitação=  10+6=16  mm          Duração  =70-­‐10=60minutos  =1hora            Intensidade=16mm/hora       5.6.   Uma   estação   pluviométrica   X   ficou   inoperante   durante   parte   de   um   mês,   durante   o   qual   ocorreu  uma  tormenta.  Os  totais  da  tormenta  em  3  estações  adjacentes  A,  B  e  C  foram  de  105  mm,    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     87,5  mm  e  120  mm.  As  quantidades  de  precipitação  anual  normal  para  as  estações  X,  A,  B  e  C  são   de   962,5   mm,   1002,5   mm,   920   mm   e   1180   mm,   respectivamente.   Estime   a   precipitação   da   tormenta  na  estação  X  (utilize  o  método  de  ponderação  regional).     Y=(1/3)  ×((x1/xm1)+(x2/xm2)+(x3/xm3))  ×Ym,     Sendo   x1,   x2,x3   as   precipitações   correspondentes   as   falhas   ;   ym   =   a   precipitação   media   do   posto   Y;xm1,xm2,xm3  =as  precipitações  das  medias  dos  postos  vizinhos.     Logo  teremos;   Ym=962,5mm;x1=105  mm;x2=87,5  mm;x3=120  mm;  xm1=1002,5  mm,xm2=920  mm,xm3=1180  mm.     Ym=96,74mm     5.7.  Que  tipo  de  erro  está  presente  nesta  serie  pluviométrica  e  o  que  pode  ter  causado  este  erro?  

   a)  A  mudança  de  declividade  a  partir  da  série  observada  no  gráfico,  que  está  sendo  determinado  por   duas   retas   ou   mais.   Constitui   o   exemplo   típico   da   derivada   da   presença   de   erro   sistemático,   em   função   de   mudança   nas   condições   típicas   de   observações   ou   a   existência   de   uma   causa   física   real,   como   as   alterações   climáticas   no   local   provocado   pela   presença   de   reservatórios   artificiais.   Para   considerar  a  existência  da  mudança  de  declividade  na  reta,  é  prática  comum  exigir  a  ocorrência  de   pelo  menos  cinco  pontos  sucessivos.  (Tucci,  Carlos,  2007,  pág186)     5.8.  Qual  o  objetivo  de  estimar  precipitações  médias  numa  área?     O   objetivo   de   se   estimar   a   precipitação   média   numa   área   é   determinar   o   valor   médio   precipitado   naquela   área   a   partir   de   métodos   específicos,   como:   método   das   isoietas,   polígono   de   Thiessen   e   média   aritmética.   O   valor   é   considerado   representativo   para   as   condições   analisadas   conforme   o   número  de  pluviômetros  instalados  na  região.     5.9.   Determine   a   altura   de   chuva   equivalente   para   o   mês   de   janeiro   numa   bacia   hidrográfica   (a   seguir)  com  1200  km2.  Sabe-­‐se  que  as  áreas  de  influência  e  alturas  médias  para  o  mês  de  janeiro   são   respectivamente,   400   km2  e  280  mm;  500  km2  e  320  mm  e;  300  km2  e  210  mm;  para  os  postos   1,  2  e  3.    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios       Método  Thissen     Pm=(1/A)∑Ai×Pi,  onde  Ai  =  área  de  influencia  do  posto  i;  Pi=a  precipitação  no  posto  i  e  A=a  área  total   da  bacia.     Pm=279,17mm.     5.10.  Calcule  a  precipitação  média  usando  o  Método  de  Thiessen.  

         A=143,15  km2,  aplicando  a  formula  mencionada  na  questão  anterior  obtemos  o  seguinte  resultado.          Pm=861,00mm     5.11.  O  que  consiste  o  método  das  isoietas?     As   isoletas   são   linhas   de   igual   precipitação   que   podem   ser   traçadas   para   um   evento   ou   para   uma   duração  especifica  (...).                                                                                                                                                                                            (Tucci,  Carlos,  2007,  pág196).     5.12.  Sabe-­‐se  que  a  altura  de  chuva  média  anual  precipitada  numa  bacia  de  200  km2  foi  de  1350   mm.  Qual  será  o  volume  médio  precipitado  anualmente  na  bacia  em  m3  e  em  quantas  pessoas  e   por   quanto   tempo   este   volume,   se   armazenado,   poderia   suprir   de   água   tomando   a   hipótese   de   consumo  de  200  L/hab/dia?     1m3=1000L.   Volume  da  precipitação=200×106m2×1350×10-­‐3m=270×106  m3  =  270×109  litros        (270×109/365×200)  =  3,7  ×  106  (L/hab.ano).          Logo,  teremos  um  volume  de  3,7  ×106  L  por  habitante  por  ano.     5.13.  –  Na  bacia  do  rio  das  Flexas,  que  possui  430  km2  de  área  de  drenagem  foi  determinada  uma   altura  de  chuva  média  ou  equivalente  para  o  ano  de  1986  de  1100  mm.  Seria  possível  nesse  ano   garantir   o   abastecimento   da   cidade   de   Oca   que   tem   atualmente   1.800   habitantes.   Considere   um   consumo  per  capita  de  200  l/dia.  Apresente  memória  de  cálculo  comentada.     Consumo  total  =  200  L/dia  ×  1.800  habitantes  =  360  ×  103  L/hab.dia  =   =  131,4  ×  106  L/hab.ano  =  131.400  m3/hab.ano     Volume  da  precipitação  =  430  ×  106  m2  ×  1100  ×  10-­‐3  m  =  473  ×  109  m3   (473×109m3/360×106  L/hab/dia)  =  3,6×106  habitantes     Sim,  será  possível  garantir  o  abastecimento  por  volta  de  1  ano.     5.14.  Qual  a  importância  de  determinarmos  as  precipitações  máximas.    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     A  precipitação  máxima  é  entendida  como  a  ocorrência  extrema,  com  duração,  distribuição  temporal   e   espacial   critica   para   uma   área   ou   bacia   hidrográfica.   (...)   O   estudo   das   precipitações   máximas   é   um   caminhos  para  conhecer-­‐se  a  vazão  de  enchente  de  uma  bacia.                                                                                                                                                                                          (Tucci,  Carlos,  2007,  pág200).            Logo,  pode-­‐se  conclui  que  para  obras  hidráulicas  a  vazão  máxima  é  de  extrema  importância.       5.15.  O  que  é  PMP.  E  o  que  ela  representa  para  o  Engenheiro  Civil  nas  suas  obras?   É   a   precipitação   máxima   provável,   ou   seja,   e   a   maior   precipitação   que   poderíamos   ter   em   uma   determinada  bacia.  Para  a  engenharia  civil,  a  PMP  é  importante  para  cálculos  de  projetos  hidráulicos.        Biografia:      http://www.apolo11.com/latlon.php?uf=rj&cityid=19,  data  do  acesso  9/12/12  às  13h59min.              Tucci,   Carlos;   Berltrame   ,   Lawson   e   outros.   In   Tucci,   Carlos   (Org)   Hidrologia   ciência   e   aplicação.   Porto  Alegre:  Editora  da  UFRGS/ABRH,  2007.                Martins   ,José   ;Gomide   ,Francisco,   Pinto   Holtz,   Anonio   e   outros.In   Pinto   Holtz.   Hidrologia   Básica   .São  Paulo  :Blucher  ,1976.      

Cap.  6  -­‐  Fluviometria     6.1.  No  que  consiste  a  fluviometria?     A  fluviometria  é  a  ciência  que  mede  e  analisa  as  características  físicas  da  água,  com  uso  de  diversas   técnicas   de   medição   de   grandezas   características   do   escoamento,   como     níveis   d’água,   velocidades   e   vazões.   Permite   quantificar   o   regime   dos   rios   caracterizando   suas   grandezas   básicas   e   os   diversos   parâmetros  e  curvas  representativas.  Resumidamente,  a  fluviometria  abrange  as  medições  de  vazões   e  cotas  de  rios.  (IBIAPINA  et  al.,  2003).     6.2.  Quais  são  as  variáveis  avaliadas  no  posto  fluviométrico?     As  variáveis  observadas  numa  seção  localizada  no  rio  ou  canal    são  os  níveis  d’água,  a  velocidade  e  a   vazão,  no  entanto  grandezas  relativa  à  qualidade  também  observadas  nos  postos  fluviométricos.     6.3.Quais   as   condições   básicas   a   serem   observadas   quando   da   instalação   de   um   posto   fluviométrico?     Segundo  Santos  (2001),  na  escolha  do  local  de  instalação  das  estações  fluviométricas  deve-­‐se   procurar  um  local  do  rio  onde  a  calha  obedece  a  alguns  requisitos  básicos:     1.  boas  condições  de  acesso  à  estação;   2.  presença  de  observador  em  potencial;   3.  leito  regular  e  estável(preferencialmente,que  não  sofra  alterações);   4.  sem  obstrução  à  jusante  ou  seja,sem  controle  de  jusante;   5.  trecho  reto,  ambas  margens  bem  definidas,  altas  e  estáveis,  e  de  fácil  acesso  durante  as  cheias;   6.  local  de  águas  tranqüilas,  protegidas  contra  a  ação  de  objetos  carregados  pelas  cheias.      

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     6.4.    Para   as   medidas   dos   níveis   d   ́água   são   aplicadas   réguas   linimétricas   e   outros   aparatos   que   permitem  o  registro  das  cotas  fluviométricas.  Apresente  as  situações  que  justificam  o  registro  dos   dados.   Os  níveis  de  um  rio  são  medidas  por  meio  de  linímetros,  mais  conhecidos  como  réguas  linimétricas  e   linígrafos.  Uma  régua  linimétrica  é  uma  escala  graduada,  de  madeira,  de  metal,  ou  uma  pintada   sobre  uma  superfície  vertical  de  concreto.  Quando  a  variação  dos  níveis  de  água  é  considerável,  é   usual  instalar,  para  facilitar  a  leitura,  a  régua  em  vários  lances.  Cada  lance  representa  uma  peça  de  1   ou  2  metros.  Os  níveis  máximos  e  mínimos  dos  lances  de  réguas  a  serem  instalados  devem  ser   definidos  a  partir  de  informações  colhidas  junto  aos  moradores  mais  antigos  da  região,  de  modo  a   evitar  que  a  água  ultrapasse  os  limites  superiores  e  inferiores  dos  lances.  O  zero  da  régua  deve  estar,   sempre  mergulhado  na  água,  mesmo  durante  as  estiagens  mais  severas.  Isso  evita  a  necessidade  de   leituras  negativas,  que  são  tradicionalmente  uma  fonte  de  erro  (SANTOS  et  al.,  2001).  Entre  essas   réguas,  as  de  madeira,  com  lances  de  1  a  2  m,  denteadas  a  cada  2  cm,  designadas  “Tipo  divisão  de   Águas”,  já  foram  largamente  utilizadas  e  permanecem  como  alternativa  em  alguns  lugares.  O   principal  mérito  desse  tipo  é  o  seu  custo  reduzido  e  a  intercambialidade  dos  lance,  pois  a  marcação   dos  metros  é,  em  geral,  acrescentada  no  local  (SANTOS  et  al.,  2001).       6.5.    Quais  as  principais  diferenças  (vantagens  e  desvantagens)  entre  linigrafos  de  bóia  e  os  de   pressão?     Sob  o  ponto  de  vista  funcional,  distingue-­‐se  os  linigrafos  de  bóia  e  os  de  pressão.  Os  linígrafos  de   bóia  possuem  um  flutuador  preso  a  um  cabo  ou  uma  fita  de  aço  que  transmite  o  seu  movimente,   decorrente  de  uma  variação  de  nível  de  água,  a  um  eixo  que  desloca  um  estilete  munido  de  pena   sobre  um  gráfico  de  papel.  Ao  mesmo  tempo,  um  mecanismo  de  relógio  faz  o  gráfico  avançar  na   direção  perpendicular  ao  movimento  da  pena  e  a  uma  velocidade  constante  (STUDART,  2003).     O  linígrafo  de  pressão  apresenta  a  vantagem  de  permitir,  em  geral  ,  períodos  mais  longos  sem  que   haja  a  necessidade  de  troca  de  papel.  O  linígrafo  de  bóia,  em  geral  exige  a  troca  do  papel   semanalmente.  Outra  desvantagem  do  linígrafo  de  bóia  em  relação  ao  de  pressão,  consiste  na   instalação  muito  dispendiosa,  a  escavação  do  poço  e  da  construção  dos  condutos  de  ligação.  Em   locais  onde  há  afloramento  de  rocha  ou  cobertura  de  solo  muito  pequena  essa  escavação  é  muito   cara  e  trabalhosa,  exigindo  o  emprego  de  explosivos  (SANTOS  et  al.,  2001).     6.6.  Descreva  o  método  dos  molinetes*  para  observação  das  vazões  fluviais.   O  método  para  determinação  da  vazão  consiste  nos  seguintes  passos  (STUDART,  2003):   1.  Divisão  da  seção  do  rio  em  um  certo  número  de  posições  para  levantamento  do  perfil  de   velocidades;   2.  Levantamento  do  perfil  de  velocidades;   3.  Cálculo  da  velocidade  média  de  cada  perfil;   4.  Determinação  da  vazão  pelo  somatório  do  produto  de  cada  velocidade  média   por  sua  área  de  influência.    

 

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      O  número  de  pontos  que  devem  ser  posicionados  os  molinetes  dependem  da  profundidade  do  curso   de  água  em  estudo,  a  Tabela  a  seguir  fornece  a  posição  na  qual  o  molinete  deve  estar  em  relação  a   profundidade.     Tabela  -­‐  Posição  do  molinete  na  vertical  em  relação  à  profundidade   Profundidade   Posição   0,15  a  0,60   0,6.P   0,60  a  1,20   0,2.P  e  0,6.P   1,20  a  2,00   0,2.P;  0,6.P  e  0,8.P   2,00  a  4,00   S;  0,2.P;  0,4.P;  0,6.P  e  0,8.P   >  4,00   S;  0,2.P;  0,4.P;  0,6.P;  0,8.P  e  F     A  posição  S  (superfície)  corresponde  à  profundidade  de  0,10m,  e  a  posição  F  (fundo)  corresponde   àquela  determinada  pelo  comprimento  da  haste  de  sustentação  do  lastro.     6.7.  No  que  consiste  e  como  são  aplicados  os  estudos  de  curva-­‐chave?   Curva-­‐chave  é  a  relação  entre  os  níveis  d  ́água  com  as  respectivas  vazões  de  um  posto  fluviométrico.   Para  o  traçado  da  curva-­‐chave  em  um  determinado  posto  fluviométrico,  é  necessário  que  disponha   de  uma  série  de  medição  de  vazão  no  local,  ou  seja,  a  leitura  da  régua  e  a  correspondente  vazão   (dados  de  h  e  Q).  A  curva  chave  usa  modelo  de  seção  com  controle  local,  ou  seja,  predominância  da   declividade  do  fundo  sobre  as  demais  forças  do  escoamento,  como  por  exemplo  a  pressão.  Com  isso,   temos  uma  relação  biunívoca  entre  profundidade  e  vazão  (PEDRAZZI,  2003).  A  determinação  da   curva-­‐chave  pode  ser  feita  de  duas  formas:  gráfica  ou  analiticamente.  A  experiência  tem  mostrado   que  o  nível  d  ́água  (h)  e  a  vazão  (Q)  ajustam-­‐se  bem  à  curva  do  tipo  potencial:  Q  =  a.(h-­‐h0)b,  sendo:  Q   a  vazão  em  m3/s;  h  o  nível  d  ́água  em  m  (leitura  na  régua);  a,  b  e  h0  são  constantes  para  o  posto,  a   serem  determinados;  h0  corresponde  ao  valor  de  h  para  vazão  Q  =  0.     6.8.  Calcule  a  vazão  na  seção  transversal  a  seguir.            

Vertical

 

1

2

3

4

5

6

Total

Distância da margem (m)

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

Profundidade (m)

1,00

2,50

3,20

3,20

2,50

1,00 25  /  29  

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Largura da Vertical (m)

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

Área da sub-seção (m2)

1,00

2,50

3,20

3,20

2,50

1,00

V1 (m/s)

0,30

0,50

0,70

0,90

0,50

0,40

1,20

2,00

1,90

1,40

1,80

1,70

V2 (m/s) V3 (m/s) Velocidade média na vertical (m/s) Vazão na sub-seção (m3/s)

0,30

0,85

1,50

1,50

0,95

0,40

0,30

2,13

4,80

4,80

2,38

14,40

Velocidade média (m/s)

13,40

28,80

2,15

    Referências  utilizadas:     IBIAPINA, A. V., et al. Evolução da hidrometria no Brasil. Disponível em: < http://www.mma.gov.br/port/srh/acervo/publica/doc/oestado/texto/121-138.html >. Acesso em: dez 2012. PEDRAZZI, J. A. Escoamento Superficial. Disponível em: < http://www.facens.br/site/alunos/download/hidrologia/pedr azzi_cap7_escoamento_sup erficial.doc >. Acesso em: dez 2012. SANTOS, I.et al. Hidrometria Aplicada. Curitiba: Instituto de Tecnologia para o desenvolvimento, 2001. 372p. STUDART, T. M. C. Escoamento Superficial. Disponível em: < http://www.deha.ufc.br/ticiana/hidrologia/apostila.htm >. Acesso em: dez 2012.    

Cap.  7  -­‐  Hidrologia  dos  Solos     7.1.  Para  o  estudo  do  escoamento  nos  solos,  observam-­‐se  duas  regiões  preferenciais,  uma  não   saturada,  mais  próxima  à  superfície,  e  outra,  saturada.  Quais  as  principais  características  de  cada   uma  delas,  forças  atuantes,  principais  elementos  no  contexto  da  engenharia  civil?     Nas  camadas  inferiores  do  solo  geralmente  é  encontrada  uma  zona  de  saturação,  mas  sua  influência   no  fenômeno  da  infiltração  só  é  significativa  quando  se  situa  a  pouca  profundidade.   (Em  análise)        

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     7.2.  O  que  é  Infiltração?     Infiltração  de  água  no  solo  refere-­‐se  à  passagem  de  água  para  o  interior  do  solo.       através  de  sua  superfície,  proveniente  da  chuva  ou  água  de  irrigação.  Em  termos  do  ciclo  hidrológico,   a  infiltração  consiste  de  uma  parcela  fundamental,  uma  vez  que  a  mesma  governa  processos   importantes  do  ponto  de  vista  ambiental,  destacando-­‐se  a  geração  do  escoamento  superficial  direto,   o  qual  produz  impactos  para  o  manejo  da  bacia,  com  perdas  de  água  e  transporte  de  sedimentos   (solo  agricultável,  insumos  agrícolas,  como  adubos,  corretivos,  pesticidas  e  outros),  com   conseqüências  para  a  agricultura  e  meio  ambiente.  Por  outro  lado,  a  infiltração  promove   preenchimento  dos  poros  do  solo  pela  água  e  fica  retida  na  matriz  do  solo,  a  qual  pode  ser  utilizada   pelas  plantas  bem  como  recarga  de  aqüíferos,  sendo  esta  função  de  suma  importância  para   regularização  e  perenização  de  rios.     7.3.  Quais  os  fatores  que  influenciam  a  infiltração?     Vários  fatores  influem  no  comportamento  da  infiltração,  com  destaque  para  o  manejo  do  solo  nas   atividades  agrícolas  e  atributos  pedogenéticos  (físicos,  químicos  e  processo  de  formação),   influenciadas  pelo  material  de  origem  e  intemperismo,  principalmente  nas  regiões  tropicais.       A  infiltração  é  um  processo  que  depende  fundamentalmente  da  água  disponível  para  infiltrar,  da   natureza  do  solo,  do  estado  da  sua  superfície  e  das  quantidades  de  água  e  ar,  inicialmente  presentes   no  seu  interior.     Fatores  que  intervém  na  infiltração:   1)  Tipo  de  solo  –  a  capacidade  de  infiltração  varia  diretamente  com  a  porosidade,  tamanho  das   partículas  e  estado  de  fissuração  das  rochas.   2)  Grau  de  umidade  do  solo  –  quanto  mais  seco  o  solo,  maior  será  a  capacidade  de  infiltração.   3)  Efeito  de  precipitação  –  as  águas  das  chuvas  transportam  os  materiais  finos  que,  pela  sua   sedimentação  posterior,  tendem  a  reduzir  a  porosidade  da  superfície.  As  chuvas  saturam  a  camada   próxima  à  superfície  e  aumenta  a  resistência  à  penetração  da  água.   4)  Cobertura  por  vegetação  –  favorece  a  infiltração,  já  que  dificulta  o  escoamento  superficial  da  água.       7.4.  Qual  a  diferença  entre  capacidade  de  infiltração  e  taxa  de  infiltração?     Capacidade  de  infiltração  é  a  quantidade  máxima  de  água  que  pode  infiltrar  no  solo,  em  um  dado   intervalo  de  tempo,  sendo  expresso  geralmente  em  mm/h.  A  capacidade  de  infiltração  só  é  atingida   durante  uma  chuva  se  houver  excesso  de  precipitação.     A  taxa  de  infiltração  é  definida  como  a  lâmina  de  água  (volume  de  água  por  unidade  de  área)  que   atravessa  a  superfície  do  solo,  por  unidade  de  tempo.  A  taxa  de  infiltração  pode  ser  expressa  em   termos  de  altura  de  lâmina  d’água  ou  volume  d’água  por  unidade  de  tempo  (mm/h).  Ou  seja,  a  taxa   real  de  infiltração  acontece  quando  há  disponibilidade  de  água  para  penetrar  no  solo,  é  a  infiltração   que  realmente  ocorre  em  cada  intervalo  de  tempo.     7.5.  Explique  a  Lei  de  Darcy  e  defina  a  condutividade  hidráulica  dos  solos.     O  movimento  da  água  em  um  solo  não-­‐saturado  pode  ser  descrito  pela  equação  de  Darcy  (1856),   originalmente  deduzida  para  solos  saturados  e  representada  pela  equação:  q=K.grad  h,  sendo:  q  =   velocidade  de  Darcy;  K  =  condutividade  hidráulica  do  solo;  h  =  carga  piezométrica.   Esta  equação  estabelece  que  a  quantidade  de  água  que  passa  por  unidade  de  tempo  e  de  área   através  de  meio  poroso  é  proporcional  ao  gradiente  hidráulico.    

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     A  constante  de  proporcionalidade,  denominada  de  condutividade  hidráulica,  caracteriza  o  meio   poroso  quanto  à  transmissão  de  água.     7.6.  Para  o  ponto  de  saturação,  a  condutividade  hidráulica  de  solos  arenosos  é  maior  para  umidade   menor.  Explique.     Apesar  de  um  solo  arenoso  saturar  com  um  teor  de  umidade  menor,  sua  condutividade  hidráulica   saturada  é  maior.  A  razão  é  que  o  escoamento  em  meio  saturado  é  hidraulicamente  equivalente  a   um  escoamento  sob  pressão  em  dutos,  e  aquele  solo  que  contiver  poros  maiores  conduzirá  mais   água.  Por  outro  lado,  a  condutividade  hidráulica  de  um  solo  argiloso  pode  ser  maior  que  a  de  um  solo   arenoso,  quando  ambos  estão  num  estado  não-­‐saturado.  Em  um  solo  argiloso  a  condutividade   hidráulica  decresce  mais  suavemente  com  o  aumento  da  sucção  mátrica,  porque  os  poros  têm  um   tamanho  médio  reduzido  e  maior  quantidade  deles  permanecem  cheios  mais  tempo,  mantendo  a   condutividade  de  saturação  em  grande  parte  do  solo.     7.7.  Na  determinação  da  capacidade  de  infiltração  dos  solos  são  utilizados  ensaios  “in  situ”.   Descreva  esses  ensaios.     Em  elaboração.       7.8.  O  que  são  Aqüíferos?   Em  elaboração.       7.9.  Quais  as  diferenças  entre  aqüíferos  livres  e  confinados?     Em  elaboração.        

Cap.  8  -­‐  Análise  de  Frequência       8.1.     Em  elaboração.     8.2.     Em  elaboração.      

Cap.  9  -­‐  Drenagem       9.1.  Dada  uma  bacia  densamente  urbananizada,  apresente  os  principais  fatores  que  interferem  nas   variações  de  picos  dos  hidrogramas  de  cheias.     9.2.  Na  seção  exutória  de  uma  bacia  hidrográfica  com  36,1km2  de  área  de  drenagem  foram  obtidos   os   registros   horários   da   vazão   decorrente   de   uma   chuva   isolada   com   2   horas   de   duração   e   24   mm/h   de   intensidade,   conforme   Tabela   9.2.1.   a)   Promover   a   separação   dos   escoamentos  

 

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FACULDADE  DE  ENGENHARIA   Departamento  de  Eng.  Sanitária  e  Meio  Ambiente   Hidráulica  Aplicada  a  Hidrologia  -­‐  Resposta  do  Caderno  de  Exercícios     superficial   e   de   base;   b)   Calcular   os   volumes   escoado   superficialmente   e   total   precipitado;   c)   Calcular  a  precipitação  efetiva  e  o  coeficiente  de  run  off.     Tabela  9.2.1  -­‐  Vazões  de  escoamento  em  no  exutório  da  bacia:    

t  (h)   3

Q  (m /s)  

 

1  

2  

3  

4  

5  

6  

7  

8  

9  

10  

11  

5  

5  

30  

50  

47  

35  

21  

13  

9  

7  

5  

3

3

Vols  =  496.800m  ;  VolT  =  1.732.800m  ;  Pef  =  13,8  mm;  C  ≅  0,29  

  9.3.   Em   uma   bacia   com   solo   tipo   B   e   condição   II   de   umidade,   determine   a   capacidade   de   armazenamento   para   os   seguintes   usos:   a)   Pastagens;   b)   Zonas   industriais.   Em   seguida,   calcule   a   capacidade  de  armazenamento  dos  solos  nas  condições  I  e  III.       9.4.  Considere  uma  bacia  urbanizada  com  área  aproximada  de  8,95  km2,  sendo  constituída  por  três   tipos  de  cobertura  do  solo  com  grupo  hidrometeorológico  do  tipo  C,  sendo:  a)  terrenos  baldios,  b)   bosques;   c)   arruamentos.   Sabendo-­‐se   que   as   áreas   ocupadas   possuem   proporções   de   uso   e   cobertura   do   solo   respectivamente   de   20%,   50%   e   30%,   determine   o   valor   do   CN   médio   para   a   condição  normal  da  bacia  e  sua  capacidade  média  de  armazenamento.       9.5.   Em   uma   bacia   com   solo   tipo   B   e   condição   II   de   umidade,   determine   a   capacidade   de   armazenamento   para   os   seguintes   usos:   I)   Arruamento   em   terra;   II)   Residências   c/   65%   de   área   impermeável;  III)  Terrenos  Baldios.  Justifique  numericamente  qual  dos  tipos  de  cobertura  do  solo   apresenta   maior   capacidade   de   armazenamento,   considerando   as   condições   de   umidade   antecedente  do  solo  para  as  seguintes  condições:     a)  não  tenha  ocorrido  chuvas  nos  05  dias  anteriores;   b)  tenha  ocorrido  chuvas  nos  05  dias  anteriores  com  precipitação  superior  a  60mm.     9.6.  Uma  determinada  estação  meteorológica  apresenta  as  seguintes  intensidades  pluviométricas,   conforme  tabela  a  seguir.   Sabendo-­‐se  que  a  Bacia  do  Rio  Riacho  tem  5,96  km2    e  possui  umidade  média   antecedente   do   solo   com   subgrupo   C,   compreendendo:   ★   30%   de   áreas   de   pastagens,   ★   40%   de   áreas   2   residenciais   com   lotes   de   áreas   menores   que   500   m e   ★   30%   de   áreas   de   florestas,   determine   a  

precipitação  efetiva  total  pelo  Método  do  SCS  e  respectivo  coeficiente  de  escoamento.     9.7.  Um  sistema  de  microdrenagem  é  de  fundamental  importância  para  projeto  de  áreas  urbanas.   Apresente   as   principais   funções   deste   sistema,   definindo   as   estruturas   utilizadas   como   componentes  de  suas  funções.     9.8.   Sabendo-­‐se   que   um   determinado   município   planeja   adotar   medidas   de   combate   às   inundações,  explique  quais  as  principais  funções  do  uso  de  medidas  estruturais  do  tipo  intensivas  e   extensivas.     9.9.  Determinar  a  intensidade  média  de  uma  chuva  para  a  cidade  de  Rio  de  Janeiro  (equação  local   Via  11),  com  duração  25  minutos  e  período  de  retorno  5  anos.  

 

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