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HIDROLOGIA

ESCOAMENTO SUPERFICIAL

Prof° Miguel Toledo del Pino, Eng. Agrícola – Dr.

4.1 Introdução

• No contexto do ciclo hidrológico, o escoamento superficial é

um dos componentes mais importantes:

– No dimensionamentos hidráulicos e

– Manejo da bacia hidrográfica

• Por isso, é um dos mais estudados e modelados pela ciência

hidrológica

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4.1 Introdução

• Divide-se em três componentes:

– escoamento superficial

– escoamento subsuperficial

– escoamento subterrâneo ou básico

Cont...

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4.1 Introdução

• Escoamento superficial

– Também denominado “surface run off”

– Representa o deslocamento das águas sobre a superfície da Terra

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4.1 Introdução

• Escoamento superficial

– Representa o fluxo sobre a superfície do solo das bacias hidrográficas

e pelos seus múltiplos canais

– Esta parcela do escoamento é conhecida como precipitação efetiva ou

deflúvio superficial direto

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4.1 Introdução

• Escoamento subsuperficial

– Fluxo que ocorre logo abaixo da superfície do solo, na região das

raízes da cobertura vegetal

– Importante do ponto de vista ambiental, pois refletirá a produção de

água na bacia durante as estações secas

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4.1 Introdução

• Escoamento subterrâneo

– Corresponde ao fluxo devido a contribuição de aquíferos aos canais

superficiais

– Ocorre na região saturado do solo com água em movimento

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4.2 Fatores que intervêm no ES

• Fatores Agroclimáticos:

– Intensidade e duração da precipitação

– Área abrangida pela precipitação

– Cobertura e tipos de uso do solo

– Evapotranspiração

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4.2 Fatores que intervêm no ES

• Fatores Fisiográficos:

– Área e declividade da bacia

– Forma da bacia

– Tipo de solo

– Topografia

– Rede de drenagem

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4.3 Grandezas características

• Vazão (Q)

– Volume de água que atravessa a secção transversal considerada

por unidade de tempo

– Unidade no S.I.: m3 s-1

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4.3 Grandezas características

• Coeficiente escoamento superficial (C)

– Relação entre o volume que escoa sobre a superfície do terreno

(ES) e o volume total precipitado (PT)

– Unidade: adimensional

– Equação:PT

ESC

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4.3 Grandezas características

• Tempo de concentração (tc)

– Tempo que a água leva quando cai no ponto mais remoto da área

considerada até atingir a seção de deságue da bacia

– Tempo necessário (a partir do início da chuva) para que toda a

bacia contribua com escoamento superficial na seção considerada

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4.3 Grandezas características

• Período de retorno (T)

– Período de tempo médio, expresso em anos, em que certo evento

(no caso a vazão) é igualado ou superado pelo menos uma vez.

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4.4 ESTIMATIVA DO ES

• Método Racional

– Permite determinar a vazão máxima de escoamento superficial a

partir de dados de chuvas para pequenas bacias

– Área variável de 50 a 500 ha (citado em literatura)

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• Método Racional (cont...)

– Equação:

– QMAX : vazão máxima de ES [m3 s-1]

– C : coeficiente de ES [adimensional]

– im : intensidade máxima média precipitação para uma duração igual ao “tc” da

bacia [mm h-1]

– A : área da bacia de drenagem [ha]

360

AiCQ m

MAX

4.4 ESTIMATIVA DO ES

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• Método Racional – Princípios

– Precipitações: alta intensidade e curta duração, em que a vazão

máxima de ocorre quando a chuva for igual ao tempo de concentração

(tc)

– Precipitação com duração igual a tc ocorre, uniformemente, ao longo

de toda bacia

4.4 ESTIMATIVA DO ES

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• Método Racional – Princípios

– Dentro de um curto período de tempo, a variação na taxa de infiltração

não deverá ser grande.

– Utilização de um único coeficiente de escoamento superficial,

estimado com base nas características da bacia

4.4 ESTIMATIVA DO ES

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DISCUSSÃO DOS TERMOS

DA EQUAÇÃO RACIONAL

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4.4.1 MÉTODO RACIONAL

• Área drenada (A)

– Parâmetro determinado com maior precisão

– Utiliza-se mapas topográficos ou fotografias aéreas para essa

finalidade

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• Coeficiente de escoamento (C)

– Do volume precipitado sobre a bacia, apenas uma parte atinge a

seção de deságüe sob a forma de escoamento superficial

– As quantidades interceptadas, armazenadas na superfície e infiltradas

representam a parte que não é escoada

PT

ESC

4.4.1 MÉTODO RACIONAL

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• Coeficiente de escoamento (C)

– Valores de C são tabelados

– TABELAS: material em anexo

4.4.1 MÉTODO RACIONAL

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• Intensidade máxima média da precipitação (im)

– A intensidade máxima média corresponde ao tempo de concentração (tc) e

para o período de retorno (T) estabelecido pelo projetista

– Sua determinação relaciona intensidade, duração e freqüência de

precipitação para a localidade de interesse

4.4.1 MÉTODO RACIONAL

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• Intensidade máxima média da precipitação (im)

• im : intensidade máxima média de precipitação [mm h-1]

• T : período de retorno [anos]

• t : duração da precipitação [min]

• K, a, b, c : parâmetros de ajuste [adimensional]

ca

mbt

TKi

Equação de intensidade, duração

e freqüência da precipitação ou

equação de chuvas intensas

4.4.1 MÉTODO RACIONAL

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• Intensidade máxima média da precipitação (im)

• Os parâmetros da equação podem ser obtidos em trabalhos científicos (ver

citação no material de escoamento superficial, UFV) ou

• Sítio: http://www.ufv.br/dea/gprh

ca

mbt

TKi

4.4.1 MÉTODO RACIONAL

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DISCUSSÃO DOS TERMOS DA

EQUAÇÃO DE INTENSIDADE

MÁXIMA MÉDIA DE PRECIPITAÇÃO

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4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

• Período de retorno (T)

– Muito variado em função de critério econômicos para projetos de obras

hidráulicasTipo de obra Tipo de ocupação T (anos)

Microdrenagem ResidencialComercialEdifícios de serviços ao públicoAeroportosArtérias de tráfego

255

2 a 55 a 10

Macrodrenagem Comerciais e residenciais

Importância específica

50 a 100

500

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• Duração da precipitação

– Fatores de influência da duração de precipitação:

• Área da bacia

• Comprimento e declividade do canal principal

• Forma da bacia

• Declividade média do terreno

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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• Duração da precipitação

– Fatores de influência da duração de precipitação:

• Declividade e comprimento dos afluentes

• Rugosidade do canal

• Cobertura vegetal

• Características da precipitação

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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• Duração da precipitação

– Fixa-se a duração da chuva em um valor igual ao tempo de

concentração

– A determinação do tempo de concentração por ser feita por intermédio

de inúmeras equações empíricas ou ábacos, em que ser relacionam

com algumas características físicas da bacia

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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• Duração da precipitação - Equações:

• Equação de Kirpich

• Equação de Ven Te Chow

• Equação de Picking

• Equação de Giandotti

• Equação SCS Lag

• Equação SCS – método cinemático

• Equação de Dodge

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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• Equação de Kirpich

– tc : tempo de concentração, min

– L : comprimento do talvegue, km

– H : diferença de nível entre o ponto mais remoto da bacia e a seção

de deságue, m

385,03

H

L57tc

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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EXEMPLO 01

o Determine a intensidade máxima média de precipitação, considerando

uma obra a ser realizada em Inconfidentes/MG, com período de

retorno de 20 anos e o cálculo do tempo de concentração pela

equação de Kirpich, sendo dados:

o Comprimento do talvegue: 12,5 km

o Diferença de nível: 52,5 m

• Equação de Ven Te Chow

– tc : tempo de concentração, min

– L : comprimento do talvegue, km

– S0 : declividade média do talvegue, m km-1

64,0

0S

L64,52tc

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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EXEMPLO 02

o Determine a intensidade máxima média de precipitação, considerando

uma obra a ser realizada em Ouro Fino/MG, com período de retorno

de 20 anos e o cálculo do tempo de concentração pela equação de

Ven Te Chow, sendo dados:

o Comprimento do talvegue: 14,5 km

o Diferença de nível: 32,5 m

• Equação de Picking

– tc : tempo de concentração, min

– L : comprimento horizontal do talvegue, km

– S0 : declividade média do talvegue, m km-1

31

0

2

S

L79,51tc

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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EXEMPLO 03

o Determine a intensidade máxima média de precipitação, considerando

uma obra a ser realizada em Guarujá/SP, com período de retorno de

15 anos e o cálculo do tempo de concentração pela equação de

Picking, sendo dados:

o Comprimento do talvegue: 12,5 km

o Diferença de nível: 52,5 m

• Equação de Giandotti

– tc : tempo de concentração, h

– A : área da bacia, km2

– L : comprimento horizontal, desde a saída até o ponto mais afastado da

bacia, km

– H : diferença de cotas da saída da bacia e o ponto mais afastado, m

H8,0

L5,1A4tc

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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EXEMPLO 04

o Determine a intensidade máxima média de precipitação, considerando

uma obra a ser realizada em Piracicaba/SP, com período de retorno

de 12 anos e o cálculo do tempo de concentração pela equação de

Giandotti, sendo dados:

o Área de estudo: 125 ha

o Comprimento do talvegue: 24,65 km

o Diferença de nível: 43,25 m

• Equação de Dodge

– tc : tempo de concentração, min

– A : área da bacia, km2

– S0 : declividade do talvegue, m m-1

17,0

0

41,0 SA88,21tc

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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EXEMPLO 05

o Determine a intensidade máxima média de precipitação, considerando

uma obra a ser realizada em Lavras/MG, com período de retorno de

18 anos e o cálculo do tempo de concentração pela equação de

Dodge, sendo dados:

o Área de estudo: 225 ha

o Comprimento do talvegue: 25,15 km

o Diferença de nível: 34,52 m

• Equação SCS – método cinemático

– tc : tempo de concentração, min

– Li : distância percorrida no trecho, km

– Vi : velocidade média no trecho considerado, m s-1

n

1i i

i

V

L

60

1000tc

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

Cont...

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• Equação SCS – método cinemático

• Determinação da velocidade média:

• Floresta: 𝑉𝑖 = 0,0729. 𝐼0,5051

• Pastagem: 𝑉𝑖 = 0,2193. 𝐼0,4942

• Solo semi-descoberto: 𝑉𝑖 = 0,3073. 𝐼0,4985

• Rios (canais com vegetação): 𝑉𝑖 = 0,4528. 𝐼0,5011

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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• Em geral, as equações têm comportamento similares até L = 10 km e, a

partir daí, passam a divergir. Esse comportamento é esperado, uma vez

que os estudos que as originaram, em geral, referem-se a bacias desse

porte

• O método cinemático é o mais correto do ponto de vista conceitual, pois

permite levar em consideração as características específicas do

escoamento em estudo. Porém, é o mais trabalhoso.

4.4.1.1 Intensidade máxima média de precipitação - im

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