23-02-2014 1 PHA – 2307 Hidrologia Aplicada

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PHA – 2307Hidrologia Aplicada

Universidade de São Paulo

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo

Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental

Prof. Dr. Kamel Zahed FilhoProf. Dr. Arisvaldo Vieira Méllo Jr.Prof. Drª. Ana Paula Zubiaurre Brites

2014

Aula 9 - Escoamento Superficial

Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHADepartamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA

Objetivos da Aula

1. Conhecer o Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos.

2. Conhecer os métodos de medição de níveis em rios.

3. Aprender o conceito de Curva-chave.

4. Aprender a definir uma curva-chave.

5. Aprender a função Solver do Excel.

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Pedra de Palermo – documentação mais antiga de nível d’água do Rio Nilo (2900 a 2500 A.C.)

Nilômetro – primeira escala calibrada para medidas de nível d’água (cerca de 1800 A.C.)

Primeiras observações sistemáticas de nível de água em rios


“Estão cadastradas no Banco de dados hidrológico da ANA 14.822 estações pluviométricas e 8.144 estações fluviométricas. Estão em operação no país, através das diversas entidades, cerca de 8.760 estações pluviométricas e 4.133 estações fluviométricas”

Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos

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Medição de Vazões e Níveis

� Para reduzir custos, medem-se níveis d’água e por meio de uma função (curva-chave) se obtém as vazões correspondentes.

� Locais de medição de vazões e níveis:� postos fluviométricos : os níveis são medidos

diariamente, às 7 h e às 18 h. � postos fluviográficos : os níveis são registrados

continuamente, em papel ou meio magnético� Rede Hidrométrica do DAEE no Estado de São Paulo

� 150 postos fluviométricos� 50 postos fluviográficos� 10 postos sedimentométricos


Posto Fluviométrico

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Escalas Limnimétricas

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Leitura de Níveis – Posto Fluviométrico

Fonte: Prof. Paulo Takashi Nakayama

Exemplo de caderneta de campo

Um observador (morador local) faz as leituras duas vezes ao dia.

Envia a caderneta de campo para o escritório uma vez por mês.

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Escalas Limnimétricas


Amarração do Posto a um RN

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Posto Fluviográfico


Limnígrafo de Bóia

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Limnígrafo com tubulão instalado na margem do curso d’água


Limnígrafo com tubulão instalado no curso d’água

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Limnígrafo com tubulão instalado no curso d’água


Limnígrafo com registro em Papel

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Limnígrafo com Borbulhador


Limnígrafo com Borbulhador

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Limnígrafo com Célula de Pressão


Limnígrafo Ultrassônico

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Limnígrafo Ultrassônico


Limnígrafo com Data Logger

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Limnígrafo com Data Logger


Computador POTS modemGSM modem

PalmtopFlash CardRF modem

Satellite

Transmissão de dados

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Posto de Medição de Vazão

� Requisitos para uma boa seção:� local de fácil acesso

� forma regular da seção

� trecho retilíneo

� margem e leito não erodíveis

� velocidade entre 0.2 e 2 m/s

� controle por regime uniforme ou crítico

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Curva-Chave

� Relação biunívoca entre vazão e nível d’água requer� Regime permanente e uniforme ou regime

crítico� caso contrário: curva-chave em laço� Pontos da curva-chave: obtidos de

campanhas de medições de vazão


Seção de um rio e Curva-Chave

Seção transversal no local da régua

Período de validade1/4/1959 a 31/12/1965

Período de validade1/1/1966 a 31/12/1970

LEGENDACurva interpolada

Curva extrapolada

CURVA COTA -VAZÃO

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• Regime crítico

L

AgQ

3⋅=

Q – vazão (m3/s)g – aceleração da gravidade (m/s2)A – área molhada da seção (m2)L - largura da seção molhada na superfície (m)

Curva-Chave

Controle por Seção


• Regime permanente e uniforme

SRACQ h ⋅⋅⋅=Q – vazão (m3/s)C – coeficienteA – área molhada da seção (m2)Rh – raio hidráulico (m)S – declividade do curso d´água (adm)

Curva-Chave

Controle pelo trecho

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• Forma geral

• Obtenção

– a e b podem ser obtidos por regressão linear, e H0 por tentativa e erro

– Opção: ajustar com o “solver” do Excel ou outro programa

( )bHHaQ 0−=Q – vazão (m3/s)H – nível da água (m)H0, a, b – parâmetros de ajuste

( ) ( ) ( )0lnlnln HHbaQ −⋅+=

Curva-Chave


Obtenção da curva-chave

(solver do Excel)

Para Excel 200

Para Excel 2003

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Obtenção da curva-chave

(solver do Excel)

Para Excel 2003


Obtenção da Curva-Chave(solver do Excel)

Para Excel 2003

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Obtenção da curva-chave(solver do

Excel)

Versão Office 2010

Para Excel 2003


Obtenção da Curva-Chave (solver do Excel)1- Adoção dos parâmetros da equação

2- Cálculos das Vazões pela curva - chave

3- Cálculos dos desvios quadráticos entre vazões observadas e calculadas

4- Resultado da Soma dos desvios quadráticos, para os parâmetros iniciais adotados

5- Gráfico da curva –chave para os parâmetros iniciais

Versão Office 2010

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Departamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHADepartamento de Engenharia Hidráulica e Ambiental - PHA 37Versão Office 2010

Caso o Solver não apareça no menu, instale o suplemento, seguindo as opções:

ArquivoAbrir

SuplementoSolver


Obtenção da Curva-Chave (solver do Excel)Montagem do Modelo para Solução

O valor de h0 não pode ser maior que o menor valor de h

Versão Office 2010

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Versão Office 2010



RIO PARAIBA

0

100

200

300

400

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00H (m)

Q (

m3/

s)

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Imprecisões associadas à curva-chave(exemplo com baixas vazões)

Relação cota-vazão para o posto São Benedito

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5H (m)

Q (

m3/

s)

Curva-Chave Medições de controle



0

2

4

6

8

10

12

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1H (m)

Q (

m3/s

)


Q = 7,46 m3/s

Q = 3,57 m3/s

H = 0,58 m

Imprecisões associadas à curva-chave

Exemplo com baixas vazões

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0

2

4

6

8

10

12

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1H (m)

Q (m

3 /s)


Q = 3,57 m3/s


Exemplo com baixas vazões


Cheias


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Curva – Chave – Pontos de Atenção

Cuidado ao extrapolar a curva-chave para níveis d’água maiores do que os observados nas medições de vazão. Se há extravasamento da seção ou se a seção muda de forma, a curva-chave deixa de ser válida.

Nível d’água máximo observado.

Nível d’água extrapolado.

Relação entre NA, Rh e Área deixa de ser contínua.


Curva – Chave pode variar ao longo dos anos devido à

erosão ou ao assoreamento da seção, que alteram as

características hidráulicas da seção.

Assoreamento

Para o mesmo nível d’água a área

molhada diminui.

Curva – Chave – Pontos de Atenção

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• A Lei 9.433/97 – Política Nacional de Recursos Hídricos e Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos (SNIRH)

• Órgãos gestores de recursos hídricos

– Nacional: Agência Nacional de Águas (ANA)

– Estadual: Departamento de Águas e Energia Elétrica do Estado de São Paulo (DAEE)

www.sigrh.sp.gov.br (Dados hidrológicos)www.ana.gov.br (Hidroweb)

Órgãos responsáveis pelas medições


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Exercício


"Mede o que é mensurável e torna mensurável o que não o é.“

Galileu Galilei

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