RESPOSTAS DO CADERNO DE EXERCÍCIOS DE HIDROLOGIA OK

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

Jan-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? Hidrolo Hidrologia gia é a ciência ciência que trata trata da água na Terra, Terra, sua ocorrê ocorrência ncia,, circula circulação ção e distribu distribuiçã ição, o, suas propried propriedades ades físicas físicas equími e químicas cas,,e esuareaçã suareaçãocom ocom omeio ambiente ambiente,,incl incluindo uindo suarelaçãocom 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 aimportância daHidrologianaengenha daHidrologianaengenhariacivil riacivil ecomoo engenhei engenheirocivilseenquadr rocivilseenquadra a nessaciência? A Hidrolo Hidrologia gia é uma ciência ciência interdis interdiscipl ciplinar inar. . Profiss Profissiona ionais is de diferent diferentes es áreas áreas como engenhei engenheiros, ros, geólogos,matemáticos,entreoutrosatuamnasdiferentessubáreasdessaciência.AHidrologiaéa área área que que estu estuda da o comp compor orta tame ment nto o físi físico co da ocor ocorrê rênc ncia ia e o apro aprove veit itam amen ento to da água água na baci bacia a hidrogr hidrográfi áfica, ca, quantifi quantificand cando o os recursos recursos hídrico hídricos s no tempo tempo e no espaço espaço e avaliand avaliando o o impacto impacto da modi modifi fica caçã ção o da baci bacia a hidr hidrog ográ ráfi fica ca sobr sobre e o comp compor orttamen amento to dos dos proc proces esso sos s hidr hidrol oló ógico gicos. s. A quantificaçãodadisponibilidadehídricaservedebaseparaoprojetoeplanejamentodosrecursos hídri hídrico cos. s. Ex: produç produção ão de energ energia ia, , hidrel hidrelét étri rica, ca, abast abastec ecime iment nto o de água, água, navega navegaçã ção, o, contr control ole e 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? Plane Planejam jament ento o e gerenc gerenciam iament ento o de bacia bacia hidro hidrográ gráfic fica: a: o desenv desenvol olvim viment ento o das princi principai pais s bacia bacias s quantoaoplanejamentoecontroledousodosrecursosnaturaisrequerumaaçãopúblicaeprivada coordenada; Drenagem Drenagem urbana: urbana: atual atualmen mente te 75% 75% da popul populaçã ação o do Brasi Brasill ocupa ocupa o espaço espaço urban urbano. o. Enchen Enchente tes, s,

produçãodesedimentosequalidadedaáguasãoproblemassériosencontradosemgrandepartedas cidadesbrasileiras; Energia: aproduçãode aproduçãode energia energia hidrelét hidrelétric ricaapresen aapresenta92%de ta92%de toda aenergiaproduz aenergiaproduzidanopaís.O idanopaís.O

potenci potencial al hidrelét hidrelétrico rico ainda ainda existent existente e é signific significati ativo. vo. Esta energia energia depende depende da disponib disponibili ilidade dade 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aquát o meioambienteaquático(oceanos, ico(oceanos,rios,lagos,reservat rios,lagos,reservatórioseaquíferos) órioseaquíferos)sofre sofre

coma faltade faltade tratame tratamentodosdespejo ntodosdespejos sdomé domésti sticose cose industri industriaise aise decargas depesticidas depesticidas deuso agrícola; 2/28


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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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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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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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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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 secretariaexecutiva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-derecursos-hidricos).

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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,deslocandose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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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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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(4 a)comFF=4.00éaquepossuimaiortempodeconcentração. b)Aredonda(1a),poisaébaciaquetemo Kcmaispróximode1,sãomaiscompactasetendema concentraroescoamento,sendomaissuscetiveisainundações.Aterceira,comparando-seosvalores de Kc, a terceira e a quarta bacia teriam as menores suscetibilidades às inundações, entretanto temostambémdisponibilizadoofatordeforma,quequantomenor,menossuscetivelàsinundações. Levando-seemconsideraçãoambososdados,aterceirabaciaéamenospropíciaainundação. 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, 10/28


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. (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hidrográ ficacomexutóriono: (a)PontoX(vermelho)nomapaapresentadoaseguir.(b)PontoX(preto)nomapaapresentado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? 11/28


 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, 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 (17.8x 22237,3+22)=2765,5Pa ea=2765,5–8,0x10-4x0,94x105(28–22)=2314,3Pa es=610,8x (17.8x 28237,3+28)=3982,45Pa UR=ea/es=2314,3/3982,4=0,58ou58% D=es-ea=1668,1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. (17,3x10237,3+10)=1229,5Pa=1,23KPa es,20=610,8. (17,3x20237,3+20)=2343,7Pa=2,34KPa es,30=610,8. (17,3x30237,3+30)=4257,4Pa=4,26KPa es,100=610,8. (17,3x100237,3+100)=103.129Pa=103KPa 

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3.6.Qualéaumidadeabsoluta(quantosgramasdeáguacadam3dearcontém)nascondições atmosféricasdescritasnoexemplo6?Quantosgramasdeáguaseriamnecessáriosparalevá-loa saturação? UA= MH2O=2314,38,314 301,3x18=16,63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=MH2O=38388,314 301,3x18=27,58gramasdeáguaporm3dear. Parasaturaroar,devemoselevarseuteordeáguade16,63a27,58gm-3,acrescentandoportanto 10,95gm-3. 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. 13/28


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(...)”. (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? 14/28


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. 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m 3.s-1.Considerandoqueaáreadabacianestelocaléde 1604Km 2,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m 3×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×10 9dem 3.ano-1 15/28


Estevolumecorrespondeaumalâmina(altura)dadapor: =(volumeanual/áreadabacia)=(1359,2×10 9m3ano-1)/(1604×10 6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 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=300.10 6m²×1.300.10 1m=390×10 6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=282.10 6m3. VolumedaEvaporaçãodoreservatório=VolumedaEvaporaçãodabacia×Áreamédiadoespelho= 282×1,8×10 6m3 Demandadapopulação=150.10 -3×365dia/ano×100,000=5,475×10 6m3 Demandadairrigação=900×5000=45×10 6m3 BalançoHídrico=(390-282-5,475-45-27)×10 6m3=30,52510 6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 16/28


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. Métodomuitocomentadoeutilizadonopassado,apresentalimitaçõestécnicas,principalmente parairrigaçõesdealtafrequência(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×90-0,000376×ln(22×3,14)+0,0045×30=0,6848. Coluna2=0,482+0,024×180-0,000376×ln(22×3,14)+0,0045×60=0.785966. Coluna3=0,482+0,024×80-0,000376×ln(22×3,14)+0,0045×510=0,751886. Coluna4=0,482+0,024×700-0,000376×ln(22×3,14)+0,0045×35=0,477946. Eto ETo=Kp×ECA. Coluna1=0,6848×4=2,73. Coluna2=0.785966×5,2=3,8 Coluna3=0,751886×6=4,7158 Coluna4=0,477946×7,2=3,1

Kp Eto

1 0,6848 2,73

2 3 4 0.785966 0,751886 0,477946 3,8 4,7158 3,1

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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baseiase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'‘. (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.I 2+0,01791×I+0,492. .(Tucci,Carlos,2007.pág.274).

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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) 610 620 630 640 650 660 670

Área (Km2) 10 25 55 70 110 144 198

Volume (x106m3) 10 50 65 90 200 250 370

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km 2 ((198-144)/(198-Aa))=((370-250)/(370-290)) Ai=106,36km 2 Logoteremos; Áreamédia=(162+106,36)/2=134,18×10 6m Vazãomediaafluente/mês=55×3600s×24h×30dias=14,256×10 7m3/mês Precipitação,volume(P×A)=Vazãomediaafluente/mês×Precipitação= =154×10 -3×134,18×10 6m/mês. =20,8.10 6m3/mês. Evaporação,volume(E×A)==Vazãomediaafluente/mês×Evaporação= =15×134,18×10 6m/mês. =20,7×10 6m3.

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ΔV=(P×A– E×A–Q+I).Δt, iremosdividiraequaçãoporsimplificarΔt,poistodosostermosestão multiplicados.Logo,teremosafórmulaaseguir: E×A=-ΔV+P×A-I 20,7×106m3=14,256×10 7m3+20,8×10 6m3-I I=93,6327m 3/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km 2para15km 2.Façaassuposiçõesquejulgarnecessárias ecomenteosresultados. Áreamédia=(18+15)/2=16,5m 2 Volumedaevaporação=16,5m 2×263.10-3m=4,3395m 3.

Cap.5-Precipitação 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).

20/28


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, 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?

21/28


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algoextremamenteabstratoquesugere aparentementeumvalorrepresentativoválidoparaumadeterminadabacia. 5.9.Determineaalturadechuvaequivalenteparaomêsdejaneironumabaciahidrográfica(a seguir)com1200km 2.Sabe-sequeasáreasdeinfluênciaealturasmédiasparaomêsdejaneiro sãorespectivamente,400km2e280mm;500km 2e320mme;300km 2e210mm;paraospostos 1,2e3. 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km 2,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km 2foide1350 mm.Qualseráovolumemédioprecipitadoanualmentenabaciaemm 3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? Volumedaprecipitação=200×10 6m2×1350×10 -3m=270×103m3. 1m3=1000L. (270×10 6/365×200)=3,7(habemano). 22/28


Logo,teremosumvolumede3,7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=360×10 6L/hab/dia. Volumedaprecipitação=430×10 6m2×1100×10 -3m=473×10 6m3 (473×106m3/360×10 6L/hab/dia)=1,31(habemano) Sim,serápossívelgarantioabastecimentoporvoltade1ano. 5.14.Qualaimportânciadedeterminarmosasprecipitaçõesmáximas. 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mediç ões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. 23/28


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. 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escavaçã o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):

24/28


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.

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-h 0)b,sendo:Q avazãoemm3/s;honíveld ́ águaemm(leituranarégua);a,beh 0sãoconstantesparaoposto,a seremdeterminados;h 0correspondeaovalordehparavazãoQ=0. 6.8.Calculeavazãonaseçãotransversalaseguir.

25/28


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

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

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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)

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 27/28


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. 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.

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RESPOSTAS DO CADERNO DE EXERCÍCIOS DE HIDROLOGIA OK

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