CAPÍTULO VII PREVISÕES DE ENCHENTES 7.2

CAPÍTULO VII
PREVISÕES DE ENCHENTES
7.2.
PREVISÃO DE ENCHENTES EXECUTADO POR MÉTODOS INDIRETOS.-
7.2.1.CONSIDERAÇÕES. Os métodos indiretos são utilizados em bacias onde não há registros
de vazões dos cursos d’água, isto ocorre notadamente em bacias de pequenas extensões. A
ausência de dados de vazões são as dificuldades mais freqüentes que os engenheiros hidráulicos,
hidrólogos, envolvidos no dimensionamento de obras hidráulicas, enfrentam no dia a dia.
Métodos Indiretos mais utilizados:
-Método Racional;
-Método do Hidrograma Unitário;
-Método de Soil Conservation Service ( SCS );
Todos esses métodos indiretos, estimam as vazões a partir dos dados de
chuva que são menos escassos do que os dados de vazão. Vale lembrar, em tempo, que nas
bacias de pequena e média extensão, as precipitações evidentes, são as precipitações intensas
que apresentam as seguintes características, como foi visto no capítulo IV: distribuição;
intensidade; freqüência; e duração. Estas características variam da seguinte forma:
-Distribuição, as precipitações intensas atingem pequenas áreas, podendo muitas vezes, não
abranger toda micro bacia considerada.
-Intensidade e Duração, sabemos historicamente que quanto maior a intensidade menor é a
duração da precipitação.
-Intensidade com a Freqüência, sabemos também que quanto maior a intensidade menor é a
freqüência do evento voltar a acontecer.
O estudo integralizado dessas características para cada região resulta nas
relações Intensidade- Duração-Frequencia das precipitações intensas vistas no capítulo IV.
7.2.2. MÉTODO RACIONAL.O método racional é aplicado para micro-bacias que não apresentam
complexidade e de área de até 5 Km2, e adota um hidrograma triangular cujo o tempo de
duração é de dois tempos de concentração, a duração da precipitação igual ao tempo de
concentração e a vazão máxima dada pela expressão:
Qc= 2,78. n. C. A . I
-
Qc, vazão máxima em l/s;
Sendo:
-
I intensidade pluviométrica em mm/hora;
‘n’ coeficiente de distribuição;
‘C’ coeficiente de escoamento superficial ou coeficiente de Run-Off.
‘A’ área da bacia em hectares;
Este processo é utilizado para dimensionar galerias de águas pluviais de
cidades, conjuntos habitacionais, loteamentos residenciais e industriais, bueiros de estradas e
gerenciamento de pequenas e micro-bacias com área de até 5Km2.
7.2.2.1. Tempo de Concentração e Tempo de Duração das Precipitações.a) Tempo de Concentração. ( tc )- No caso de obras que envolvem escoamento pluvial em
galerias o tempo de concentração é composto de duas parcelas, ou seja:
tc = ti + tp
onde:
ti – é o tempo de concentração propriamente dito ou tempo de
retardamento, tempo gasto pelas águas precipitadas de percorrer o divisor mais distante até a
1ª caixa de coleta em minutos;
tp – tempo de percurso, tempo gasto pelas águas deste a 1ª caixa de coleta
até a seção de dimensionamento em minutos;
Fórmulas do Engº George Ribeiro para o tempo de retardamento:
Sendo: L1- distancia do divisor mais distante a 1ªcaixa coletora; “p” taxa decimal
da área da bacia coberta de vegetação; “S” é a declividade média da trajetória L1
descontados os possíveis degraus e “ti” tempo de retardamento em minutos.
Fórmula do tempo de percurso: tp = L / v ; sendo: L – comprimento do
último trecho de galeria e “v “ velocidade de escoamento do trecho correspondente.
b) Tempo de Duração das Precipitações Intensas.
O método racional, como visto no hidrograma de escoamento adotado, o
tempo de duração das precipitações intensas será igual ao tempo de concentração para a
seção considerada.
7.2.2.2. Tempo de Recorrência e Probabilidade das Precipitações Intensas.
No processo racional o período de retorno ou tempo de recorrência das
precipitações intensas recomendado está na faixa entre 5 a 20 anos, para obras sem
complexidade; no caso de obras que envolva risco de vidas deve-se determinar o período de
retorno pelo fator de risco que se deseja correr, calculado pela expressão:
Sendo: “Tr” período de retorno em anos; “K” risco que se deseja correr ou a
probabilidade de ocorrência da máxima enchente durante a vida útil; “n” vida útil da obra
em anos.
7.2.2.3. Escoamento Superficial e Infiltração. De uma maneira geral, das águas
precipitadas, parte se infiltram de acordo com a capacidade de infiltração do momento do
solo e o restante escoa superficialmente pelo relevo do solo atingindo os arruamentos, as
galerias de águas pluviais e finalmente os cursos d’água ( em locais onde existe infraestrutura de coleta pluvial ). Para isto devemos classificar os solos quanto a
impermeabilidade para podermos definir o coeficiente de escoamento superficial ou
coeficiente de run-off. Adotando o critério de Fantoli que classifica os solos da seguinte
forma:
-
para as zonas centrais das cidades, loteamentos urbanos com pouca jardinagem, parques
industriais; áreas que apresentam uma impermeabilidade de 80% ou mais define um
coeficiente m= 0,058;
-
para zonas residenciais, loteamentos residenciais com áreas de jardinagem ou
empreendimentos que apresentam uma taxa de impermeabilidade entre 60 a 80%, define
um coeficiente m= 0,043;
para zonas suburbanas, que apresentam uma taxa de impermeabilidade entre 40 a 60%,
define um coeficiente m= 0,029;
para as zonas rurais, cuja taxa de impermeabilidade está entre 25 a 40%, define um
coeficiente m= 0,018.
Desta forma, o coeficiente de escoamento superficial, ou coeficiente de
deflúvio ou ainda o coeficiente de run-off, será determinado pela expressão::
7.2.2.4. Distribuição das Precipitações Intensas.
Como foi visto anteriormente, as precipitações intensas abrangem pequenas
áreas, e dependendo do tamanho da micro-bacia, é possível que a precipitação não atinja
toda a área da bacia, possibilitando a adoção de um coeficiente de distribuição definido em
função do tamanho da área da bacia. O método racional adota um coeficiente de distribuição
“ n “ definido pela expressão, onde a área é apresentada em hectares:
Para áreas iguais a um hectare ou menor que um hectare, adotar n=1.
Exemplo: Deseja-se dimensionar um bueiro para uma estrada em construção próximo a
cidade de Belo-Horizonte para escoar águas pluviais de uma micro bacia de 30 hectares, que
apresenta um desnível do divisor mais distante até ao bueiro de 100,00m correspondendo a
uma distancia de 2000,00m; sabendo-se que o terreno da micro-bacia é totalmente coberto
por pastagens, pede-se para determinar a vazão de dimensionamento do bueiro.
7.2.3. MÉTODO DO DIAGRAMA UNITÁRIO. ( D.U.)
7.2.3.1. Considerações. O diagrama unitário é o diagrama resultante de um escoamento
superficial de volume unitário. O volume unitário de uma precipitação efetiva unitária, que
corresponde à altura pluviométrica e duração unitária. Ex. Altura de precipitação efetiva de
10mm e uma hora de duração.
Conhecido o hidrograma unitário de uma bacia, pode-se calcular as ordenadas do
escoamento superficial correspondentes à qualquer chuva, de intensidade uniforme e de mesma
duração que gerou o D.U.; multiplicando as ordendas do D.U. pelo fator Qe/Qu .
A teoria do D.U. baseia-se nas três proposições descritas a seguir:
a) para precipitações de iguais durações, as durações dos escoamentos superficiais
correspondentes são iguais;
b) duas precipitações de mesma duração, mas com volumes escoados diferentes, resultam
em hidrogramas cujas ordenadas são proporcionais aos correspondentes volumes
escoados;
c) considera-se que as precipitações anteriores não influenciam a distribuição no tempo do
escoamento superficial de uma dada precipitação;
7.2.3.2.Determinação do Diagrama Unitário a Partir dos Dados Observados de uma
Precipitação.O volume de água precipitado sobre uma bacia é dado por:
Vp = P . A
Sendo: Vp- volume total
precipitado; P – altura de lâmina d’água precipitada; ‘ A ‘- área da bacia.
A separação do escoamento superficial do escoamento básico ou seja de
drenagem subterrânea é feita traçando uma reta que une os pontos de inflexão ascendente e
descendente do hidrograma observado, conforme é mostrado abaixo:
Para cada instante ‘t’, a vazão efetiva é a diferença entre a vazão do hidrograma
e a vazão base sendo esta determinada através da reta estabelecida pelos pontos de inflexão;
logo a vazão efetiva será:
Qe = Q – Qb
( m3/s )
Logo o volume escoado efetivamente ( de origem superficial ) será fornecido pela
área do hidrograma acima da linha base, ou seja volume d’água efetivo pode ser determinado
pela expressão:
Desta forma pode-se determinar o coeficiente de escoamento superficial ou o
coeficiente de run-off pela expressão:
C = Ve / V
E assim a precipitação efetiva ( que escoa superficialmente ) será determinada pela
expressão:
Pe = C . P
Possibilitando desta forma determinar as ordenadas do hidrograma unitário através da
expressão:
Qu = ( Pu / Pe ) . Qe
Sendo: Qu – vazão unitária; Qe – vazão efetiva; Pu – lâmina d’água efetiva ( mm ),
geralmente igual a 10mm; Pe – lâmina d’água efetiva ( mm ).
7.2.3.3. Hidrograma Unitário Sintético.
Para finalidades de simulações matemáticas, com a finalidade de
aproveitamento múltiplo de bacias, torna-se necessário se estabelecer os hidrogramas unitários
das bacias envolvidas mesmo que de uma maneira aproximada, sendo então necessário recorrer
ao hidrograma unitário sintético, quando não se tem elementos para se estabelecer o hidrograma
unitário convencional.
Vamos apresentar o método de Snyder, que desenvolveu as seguintes
correlações para as bacias das montanhas Apalachianas:
a) tempo de retardamento da bacia em horas;
Sendo: L – ( Km ) comprimento do rio principal desde o seu divisor de águas até a foz
do rio; Lc – ( Km ) é a distancia do ponto do rio principal mais próximo do centro
geométrico da bacia até a saída da mesma; Ct – coeficiente que varia entre 1,80 a 2,00,
tomando valores menores para bacias de grandes inclinações.
b) tempo de duração da precipitação em horas;
Sendo: tr – tempo de duração da precipitação em horas
c) vazão de pico da hidrógrafa sintética unitária;
Sendo: A – área de drenagem da bacia; tp – tempo de retardamento ( horas ); Cp – um
coeficiente variando de “ 0,56 “ a “ 0,69” .
d) tempo base de escoamento superficial;
Exemplo; Desenvolver a hidrógrafa unitária sintética pelo método de Snyder, para a bacia do
Ribeirão do Lobo nos municípios de Itirapina e Brotas – SP; que apresenta os seguintes
elementos: A= 177,25 Km2; L= 24,30 Km; Lc = 12,00 Km; Ct= 2,20; Cp= 0,60 .
a) tempo de retardamento da bacia;
b) tempo de duração da precipitação;
c) vazão de pico;
d) tempo base de escoamento superficial;
e) Hidrogarma Unitário Sintético da Bacia Ribeirão do Lobo;
7.2.3.4.Método de Soil Conservation Service ( SCS ). Este processo foi apresentado no capítulo
V , em que é fundamentado na capacidade de infiltração do solo.