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Universidade Estadual de Campinas – C E S E T

Professor: Hiroshi

H i d r o l o g i a e D r e n a g e m

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ST – 306

2003

1° Parte: Hidrologia

I – Hidrologia: como conceito ou definição, trata-se da ciência que estuda a água do Planeta Terra, consequentemente, as ocorrências, circulação e distribuição, analisando e estudando física e quimicamente quanto a propriedade bem como a inter-relações.

Os estudo Hidrológico são importante no tocante aos efeitos catastróficos das grandes cheias e estiagem e evidentemente, o quanto o trabalho humano interfere positivamente ou negativamente sobre o meio ambiente.

II - Ciclo Hidrológico: No Planeta Terra nota-se a presença de água no estado líquido, sólidos e gasoso, na atmosfera, na superfície, no solo, no subsolo, nos rios, lagos oceano e mares, também nas calotas polares e também na atmosfera, todos, seja em qualquer lugar, posição ou época, em constante movimento, o qual chamamos ou denominamos tecnicamente de “Ciclo Hidrológico”.

Pelo Ciclo Hidrológico notamos as mudanças de estado ou posição em relação ao Planeta Terra, seguindo:

  • Precipitação;

  • Escoamento (intercepção);

  • Escoamento (subterrâneo);

  • Evaporação.

III - Aplicação:

III – 1 – Abastecimento:

  • Domestico;

  • Industrial;

  • Irrigação.

III – 2 – Drenagens:

  • Drenagem superficial;

  • Drenagem subterrânea.

III – 3 – Obras Hidráulicas (Dimensionamento):

  • Controle de cheias;

  • Pontes;

  • Bueiros;

  • Galerias;

  • Barragens;

  • Diluição.

III – 4 – Irrigação:

  • Controle estiagens;

  • Controle de abastecimento alimentar;

  • Bem estar social.

IV – Precipitação “Chuvas”

IV – 1 – Conceito físico: O ar atmosférico quente e úmido, expande-se adiabaticamente (sem troca de calor ), eleva-se e resfria proporcionalmente em função da altitude (ver esquema de temperatura), até atingir seu ponto de saturação. Uma parcela desse vapor de água se condensa sobre os núcleos de condensação (partículas suspensas, formando as nuvens, conforme esquema abaixo:

Coalescência

IV – 2 - Sistema de Tempo Meteorológico “Depressões Frontais”

IV – 2 – 1 – Frontais: Trata-se da ascensão do ar atmosférico úmido no setor das encostas de duas superfície descontinuas, ou seja, zona de transição entre duas massa de ar com características diferentes como circulação ciclônica, sistema alongado de baixa pressão atmosférica. É importante saber que a ocorrência se dá na troposfera ( ver esquema de altitude) mais baixa. (abaixo de 6.000 metros de altitude). A superfície frontal é inclinada, isto é, o ar mais frio e denso se introduz por baixo do ar mais quente sob forma de cunha, fazendo com que o ar mais quente e menos denso se deslize sobre o ar mais frio e denso, componente nas frontais conforme esquema abaixo:

Frente: Linha de interseção da superfície frontal com o nível do solo, ou superfície de base.

IV – 2 – 2 – Tipos de Frente “Frontais”

IV – 2 – 2 – 1 – Frente quente: É o deslocamento da massa de ar mais quente para a mais fria, onde em um determinado ponto, o ar quente tende a se elevar ou ascender ou até mesmo substituir um ar mais frio (conforme o esquema apresentado). O deslocamento ocorre do Equador para os Pólos.

“É de grande importância, saber que essa ocorrência, em termos de Hidrologia e Drenagem, influi muito em bacias hidrográficas grandes”.

  • Diagnósticos meteorológicos locais ocasionados por uma frente quente:

  • Na vanguarda (antes ou inicio):

  • Pressão atmosférica: constante diminuição;

  • Ventos: velocidades variada (inconstante);

  • Temperatura: Constante ou ligeiro aumento gradativo;

  • Umidade: aumento gradativo;

  • Nuvens: de baixo para cima, nota-se a presença de nimbos-stratus; alto–stratus; camulos-strtus e cirros;

  • Condição do tempo: chuva continua;

  • Visibilidade: sob chuva, más condições, boas sem chuvas;

  • Abrangência: largura da varredura de 80 a 240 quilômetros;

  • Deslocamento: do Equador para os Pólos no hemisfério Sul – NW – SE no hemisfério Norte – SW – NE.

  • No domínio (durante):

  • Pressão atmosférica: cessa a diminuição;

  • Vento: muda de direção e diminui a velocidade;

  • Temperatura: aumenta levemente;

  • Umidade: rápida elevação;

  • Nuvens: nimbos e baixo–stratus;

  • Condições do tempo: diminui a precipitação, quase cessando;

  • Visibilidade: ruim, com nuvens baixas e neblina.

  • Na retaguarda (após):

  • Pressão atmosférica: pouca variação, quase estável;

  • Vento: constante;

  • Temperatura: pouca variação;

  • Nuvens: stratus e stratus–cumulos ;

  • Tempo: chuvas intermitentes, chuviscos;

  • Visibilidade: nuvens baixas, nevoeiros, ruim.

IV – 2 – 2 – 2 – Frente Fria:

É o deslocamento de uma massa de ar mais fria para uma massa de ar quente, com penetração em forma de cunha, provocando a ascensão do ar quente. A inclinação é em torno de 1:40 a 1:80 Km, com deslocamento de 50 a 80 Km/h, do Pólo Sul para o Equador (SW – NE) HS e no HN (NW – SE).

  • Diagnósticos meteorológicos locais ocasionados por uma frente fria:

  • Na vanguarda (inicio):

  • Pressão atmosférica: diminuição;

  • Ventos: velocidade variada, com variações sintomáticas;

  • Temperatura: constante com algumas quedas durante as chuvas;

  • Umidade: estável sem variações notória;

  • Nuvens: alto-cúmulus e strato-cumulus seguidas por cumulo-nimbos;

  • Tempo: algumas chuvas com trovoadas;

  • Visibilidade: ruim, com presença de nevoeiros.

  • No domínio (durante):

  • Pressão atmosférica: rápida elevação;

  • Ventos: Rajadas, com súbitas mudanças de direção;

  • Temperatura: queda acentuada;

  • Unidade: queda acentuada;

  • Nuvens: alto–cumulus e strato–cumulus, seguidas por cumulo–nimbos;

  • Tempo: aguaceiros, acompanhado de granizos e trovoadas;

  • Visibilidade: má condição temporária seguida de melhoria rápida.

  • Na retaguarda (após):

  • Pressão atmosférica: elevação lenta e continua;

  • Ventos: rajadas, e posterior constância;

  • Temperatura: estável com pequena variação, quase imperceptível ambientalmente;

  • Nuvens: cumulus e, cumulus-nimbos;

  • Tempo: chuvas com nuvens baixas com precipitação intensa com passagem rápida;

  • Visibilidade: muito boa.

IV – 2 – 2 – 3 – Frente oclusa: no encontro entre duas frentes, ou seja, uma frente fria alcançando uma frente quente , uma delas é elevada, isto é, o ar quente entre as frentes é elevado da superfície até ocorrer completa oclusão (ver esquema abaixo). A frente oclusa é caracterizada por dois tipos.

IV – 2 – 2 – 3 – 1 – Oclusão fria e quente:

IV – 3 – Sistema de tempo meteorológico “Depressão não Frontais”

IV – 3 – 1 – Depressões Térmicas:

Resultante de prolongado e intenso aquecimento solar na superfície terrestre “solo e ar atmosférico sobrejacente”. Devido ao aquecimento, ocorre uma expansão geral do ar e, conseqüentemente, uma ascensão, provocando então a queda da pressão atmosférica ao nível do solo.

A ocorrência deste fenômeno não causa mau tempo generalizado, salvo em condições em que o ar atmosférico esteja muito úmido. No deserto quente, as depressões térmicas provocam ventos convectivos seco e quente. Nas latitudes médias as depressões térmicas estão sempre associadas a trovoadas principalmente no verão.

São as causadoras da conhecida chuva de verão ou chuvas convectivas localizadas, com grande intensidade e curta duração.

São também as causadoras de um problema de drenagem como cheias e enchentes.

Na região Sudeste do Brasil mais precisamente no Estado de São Paulo, as chuvas convectivas ocorrem no período vespertino, onde o sentido predominante é de NW para SE.

F o r m a ç ã o :

  1. Estratos: Nuvens em camadas baixas, cinzenta, bastante uniforme, pouco acima do nível de condensação + 20 metros de altitude ( nuvens baixas) – chuviscos.

  1. Cúmulos: Nuvens baixas, isoladas ou esparças, densas, forma de torres – couve-flor, com base escura média (sombra de base).

  1. Estratos–Cúmulos: Nuvens baixas, estratificadas, que apresentam revoluções verticais, esbranquiçadas e alongadas, nota-se uma espessura irregular na camada superior, prenunciam uma relativa densidade, com possíveis tendência de chuvisco e garoas.

  1. Nimbos–Estratos: Nuvem baixa, com base apresentando horizontalização e sombra relativamente escura, dando tendência de breves precipitações bem localizadas. Elas sempre estão associadas a nuvens Estrato–Cúmulos e são alongadas.

  1. Nimbos: São nuvens densas de altitude em torno de 2,5 Km, localizadas abaixo dos Alto– Estratos, são bem escuras devido a espessura superior e provoca chuvas fortes e trovoadas. São as nuvens de descarga de precipitação das convectivas.

  1. Cúmulos–Nimbos: São nuvens situadas logo acima do Nimbos, que mostram grande espessura vertical, e também se localiza na parte intermediária entre os Nimbos e a Bigorna, logo abaixo do nível de congelamento (10 Km).

  1. Cirro–Cúmulos: São as nuvens localizadas próximas ao nível de congelamento, na altitude em torno de 10 a 11 Km, mostram aspecto lácteo, dissociadas em flocos (céu encarneirado), carregadas de Gelo.

  1. Cirro-Stratos: São nuvens altas, componentes do Topo da Bigorna, nas nuvens espessas, numa altitude entre 10,5 a 11,5 km, não ocultam o sol nem a lua, e às vezes mostram o Halo ( reflexão do espectro).

  1. Cirros-Fibratus: São nuvens mais altas, prenunciam mudança de tempo (chuvas), são conhecidas como “Rabo de Galo”.

IV-3-2- Depressão Ar Polar:

Desenvolvem-se no ar instável dos pólos. Ocorrem principalmente no inverno, com duração de um a dois dias, trazem chuvas e muita instabilidade.

IV-3-3- Depressões de Sotavento:

Sotavento são os deslocamentos de ar que atravessam o relevo (figura abaixo), assim como os deslocamento que chegam são chamados de Barlavento. No nordeste Brasileira o Barlavento é chamado de “Barravento”.

Parte “ Bacia Hidrográfica”

I - Definição: Trata-se de uma superfície definida topograficamente é drenada por um curso d'água ou um talvegue, tal que toda vazão efluente seja descarregada ou passe por um determinado ponto definido, por outro lado, ou seja, á montante, o limite de uma bacia Hidrográfica é sempre definida e limitada por um divisor de água, mais comumente denominada de “Espigão” ou “Divisor topográfico” .

II -Tipos de curso D´água:

II-1- Perenes: Mantém sempre uma vazão no talvegue ou álveo durante o ano todo.

1 – Nível Freático Máximo: Período das Chuvas

2 – Nível Freático Mínimo: Período das Estiagens

II-2-Intermitentes: Apresenta um fluxo de água sazonal, somente no período chuvoso, onde o nível freático se eleva e passa a contribuir sob forma de afloramento sub-superficial.

II-3-Efemeros: Só apresenta fluxo durante, e logo após as chuvas “valetas”.

III- Características Físicas:

III-1- Área de Drenagem “A” ou “S”:

Determinadas topograficamente ou planimétricamente, acompanhando os Espigões e fechando sempre ortogonalmente às curvas de nível em direção ao “ponto do projeto”.

Ponto do Projeto” Trata-se do local definido para avaliar as vazões ou mais precisamente o local da obra a ser executada, como exemplo, pontes, barragens, bocas de lobo, sarjetas e sargetões.

III-2- Quanto a forma:

III-2-1-Coeficiente de Compacidade “Kc”

Relaciona o perímetro da bacia hidrográfica, com uma circunferência de um circulo de área igual ao da bacia

OBS: Quando o valor de “Kc” tender a 1 ou aproximar de 1, maior é a probabilidade de ocorrer cheia.

O fator de forma da bacia é importante na definição do tempo de concentração.

III-2-2- Fator de Forma “KF”:

Relaciona a largura média da bacia com o comprimento Axial da Bacia Hidrográfica.

Sendo:

III-2-3-Densidade de Drenagem “Dd”:

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