Dinamica agua

7/31/2019 Dinamica agua

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DINMICA DA GUA NO SOLO

1. Infiltrao1.1. Conceitos

A infiltrao da gua no solo um processo importante dafase terrestre do ciclo hidrolgico, uma vez que determina

quanto de gua da chuva penetra no solo e quanto escoasuperficialmente.

As atividades de uso da terra exercem significativainfluncia sobre a infiltrao, e o homem pode, assim,

modificar a capacidade de infiltrao dos solos atravs domanejo.A meta maior de um programa de manejo integrado demicrobacias hidrogrficas deve ser a manuteno dascondies timas da infiltrao.


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O processo de infiltrao define a entrada de gua nosolo. J o movimento da gua dentro do perfil

comumente referido como percolao. A infiltrao ,desta forma, um processo de superfcie, ao passo que apercolao um processo interno.

Os dois processos, todavia, esto intimamente ligados, jque a infiltrao no pode continuar se no houverpercolao da gua dentro do solo.

O conceito de infiltrao no ciclo hidrolgico foi

introduzido por HORTON (1933). Este autor definiu"capacidade de infiltrao" (fc) como sendo a taxamxima com que um dado solo, em determinadascondies, pode absorver gua.


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Quando a intensidade da chuva for inferior ao valor de fc,ento a infiltrao ocorre a uma taxa menor, referida como

"taxa real de infiltrao", ou simplesmente infiltrao (f).Estas relaes so ilustradas na Figura


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Segundo este conceito Hortoniano, toda vez que aintensidade da chuva for maior que a capacidade deinfiltrao (fc), ocorre escoamento superficial. Por outro

lado, quando a intensidade da chuva for menor que ovalor de fc, toda a gua se infiltra (f) e no ocorreescoamento superficial.


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De maneira geral, a partir de condies de solo seco, ainfiltrao apresenta uma taxa inicial alta, a qual diminui

gradativamente durante uma chuva prolongada, at queatinge um valor constante (fc), de acordo com a seguinteequao (HORTON, 1940):

f = fc + (fo - fc).e-kt

onde:f= taxa real de infiltraofc= capacidade final de infiltraofo= capacidade inicial de infiltraoe= base do logartmo naturalk= constante para cada solot= tempo desde o inicio da chuva


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De acordo com MUSGRAVE & HOLTAN (1964), a

infiltrao da gua no solo pode ser considerada comosendo a seqncia das trs seguintes fases:

- a entrada de gua pela superfcie;- a transmisso da gua atravs do perfil do solo;-a depleo da capacidade de armazenamento daagua do solo.

Portanto, estes trs fenmenos governam a infiltrao.

Alm deles, a infiltrao tambm influenciada pelascaractersticas do solo, assim como pela prpria gua(temperatura, viscosidade, turbidez, etc.).


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A penetrao da gua atravs da superfcie pode serprejudicada pelo entupimento dos poros causado pelo

deslocamento e rearranjamento das partculas finas(compactao da superfcie).

Desta forma, embora um solo possa apresentarexcelentes condies internas de transmisso e dearmazenamento de gua, as condies da superfciepodem reduzir a taxa de infiltrao.

A cobertura vegetal um dos importantes fatores que

podem influir sobre esta condio superficial do solo. Apresena da vegetao e da camada de material orgnico(serrapilheira, "litter") fornece proteo contra o impactodas gotas da chuva, reduzindo a compactao e a

desagregao.


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Em condies de campo, normalmente podem ocorrermodificaes no tamanho dos poros, assim como nadistribuio dos mesmos. O pisoteamento e o trfegoexcessivo podem, por um lado, compactar os horizontessuperficiais.

Por outro lado, a arao pode, pelo menos por um perodode tempo, conduzir melhoria da porosidade. A presenada vegetao particularmente importante na manuteno

das condies de porosidade do solo, quer pelodesenvolvimento das razes, quer pela matria orgnicaadicionada.


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Em resumo, as caractersticas de infiltrao inerentesao solo, so governadas pelo tipo de solo, sua textura e

estrutura, a quantidade e o tipo de argila que estecontm, a espessura e a profundidade de suascamadas mais permeveis e o uso a que foi submetidono passado. De acordo com as diferenas encontradas

no que diz respeito infiltrao, os solos podem serclassificados em quatro grupos principais

"A" - SOLOS COM ALTA CAPACIDADE DEINFILTRAO (ou baixo potencial de runoff)

"B" - SOLOS COM CAPACIDADE DE INFILTRAOMODERADA


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"C" - SOLOS COM BAIXA CAPACIDADE DEINFILTRAO

"D" - SOLOS COM CAPACIDADE DE INFILTRAOMUITO BAIXA

Classes de capacidade de infiltrao (fc) dos grupamentos hidrolgicos dossolos (ENGLAND, 1970).


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Influncias da floresta

Sob condies de cobertura de floresta natural noexplorada, a taxa de infiltrao normalmente mantida

em seu mximo. De fato, nestas condies raramenteocorre a formao de escoamento superficial, a noser em locais afetados pelas atividades relacionadascom a explorao da floresta (PIERCE, 1967).


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Infiltrao mdia em parcelas contendo diferentescondies de piso florestal (AREND, 1942).

A compactao do solo reduz sua porosidade total,sendo que esta reduo afeta principalmente aporosidade no-capilar. A compactao do solo umadas razes pelas quais reas cultivadas apresentammenor infiltrao do que reas adjacentes florestadas.


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As atividades silviculturais relacionadas com o preparo dosolo, o corte e a retirada da madeira constituem as causas

principais de alterao da infiltrao. A preocupao demanuteno de condies timas de infiltrao duranteestas atividades deve estar centrada na manuteno daintegridade do piso florestal.


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Mtodos de Medio da gua do Solo

1. Contedo Gravimtrico de gua (U%)

Na determinao da umidade do solo, o mtodo

gravimtrico considerado o mtodo padro. Aps acoleta de uma amostra de solo no campo, esta deveser acondicionada hermeticamente para evitarevaporao. No laboratrio determina-se o peso mido

da amostra (mu), colocando-a em seguida para secarna estufa, aps o que determina-se o peso seco (ms).


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O contedo de gua, finalmente, calculado pelaequao (10), onde:

ma = mu - ms.

REYNOLDS (1970) apresenta uma anlise detalhadadesta metodologia gravimtrica de determinao do

contedo de umidade do solo. De acordo com GRAY etal. (1973), as vantagens e desvantagens do mtodogravimtrico so as seguintes;

Vantagens:

- equipamento necessrio simples, barato e facilmenteencontrado;- mtodo preciso;- mtodo se aplica em todo o limite de variao do

contedo de umidade no solo.


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Desvantagens:

- o mtodo no pode ser desenvolvido "in situ" e, destaforma, provoca-se alteraes na rea de coleta dasamostras;- mtodo lento e cansativo;- o resultado obtido em termos de umidade com base empeso seco da amostra (U%).


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2. Infiltrao

A infiltrao a entrada da gua no solo. Pode sermedida a partir de observaes simultneas da chuva edo escoamento superficial. Aps o incio da chuva e

antes que possa haver formao de escoamentosuperficial, certa quantidade de gua fica normalmentepresa em trs compartimentos da superfcie: vegetao(interceptao), a prpria superfcie do solo (retenosuperficial) e nas pequenas depresses da superfcie doterreno (acumulao nas depresses).


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2.1. Infiltrmetro

Consiste de um anel metlico de cerca de 30 cm de

dimetro e 60 cm de altura. Para a medio o anel introduzido no solo deixando-se cerca de 10 cm acima dasuperfcie, e a gua adicionada no anel at a umaaltura de mais ou menos 5 cm, onde deve haver um

dispositivo de marcao do nvel de referncia.


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A gua do anel , ento, mantida neste nvel dereferncia pela adio, a intervalos regulares, devolumes conhecidos de gua. A taxa de infiltrao ento calculada pela relao entre os volumes de gua

adicionados e os intervalos de tempo gastos para a suapenetrao no solo.

A medio demora cerca de 2 a 3 horas, at que seja

obtida uma taxa constante de infiltrao (fc).


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A medio da infiltrao atravs de infiltrmetros problemtica. A prpria introduo do anel no solo podecausar perturbaes na estrutura do solo. Um outroaspecto que a gua despejada dentro do anel, o que

totalmente diferente das condies naturais dainfiltrao, quando a gua da chuva chega superfcie dosolo na forma de gotas. O infiltrmetro, assim, no simulaeste efeito do impacto das gotas da chuva sobre ainfiltrao.


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Simulador de Chuva

Com o uso do simulador de chuva, as duas primeirasdesvantagens do infiltrmetro so, em parte, contornadas.Trata-se de um dispositivo capaz de simular uma chuva dedeterminada intensidade sobre uma parcela delimitada deterreno, de onde o escoamento superficial produzidopela chuva artificial coletado e medido.


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Infiltrao em Bacias Hidrogrficas

Alm das acumulaes superficiais j referidas, uma

bacia hidrogrfica apresenta outro "reservatrio" dearmazenamento representado pelos canais(acumulao nos canais), o qual tende a aumentar coma rea da bacia hidrogrfica.

ndice de Infiltrao

Quando se dispe do registro da chuva e doescoamento superficial, a diferena entre a massa dechuva e a massa do escoamento superficial pode serdefinida em termos do chamado "ndice ()"O ndice () representa a intensidade de chuva acimada qual o volume do escoamento superficial se iguala

ao volume da chuva.


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Potencial Matricial da gua do Solo

O potencial matricial pode ser medido pelo tensimetro,

o qual consiste de uma cpsula porosa posicionada auma dada profundidade no perfil do solo e ligada a ummanmetro.


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A cpsula porosa e o tubo so enchidos com gua.Dependendo das condies de umidade do solo, haverformao de um gradiente de tenso entre a cpsula e o

solo. No equilbrio o manmetro mede a tenso da guano solo (h).A tenso de equilbrio, dada pela leitura do manmetro(h) subtraindo-se o valor correspondente coluna de guado conjunto, ou seja:

m = -[13,6h - (h + hm + z)] ou: m = -12,6h + hm + z

onde:m = potencial matricial em cm de coluna de guah = leitura do manmetrohm = altura do manmetro em relao superfciez = profundidade da cpsula porosa


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ANLISE FSICA DA BACIA HIDROGRFICA

CARACTERIZAO FSICA DE BACIAS HIDROGRFICAS

Uma bacia hidrogrfica compreende toda a rea de captaonatural da gua da chuva que proporciona escoamentosuperficial para o canal principal e seus tributrios. O limitesuperior de uma bacia hidrogrfica o divisor de guas

(divisor topogrfico), e a delimitao inferior a sada dabacia (confluncia, exutrio).

O comportamento hidrolgico de uma bacia hidrogrfica funo de suas caractersticas morfolgicas, ou seja, rea,forma, topografia, geologia, solo, cobertura vegetal etc.. A fimde entender as inter-relaes existentes entre esses fatoresde forma e os processos hidrolgicos de uma baciahidrogrfica, torna-se necessrio expressar as caractersticas

da bacia em termos quantitativos.


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De acordo com o escoamento global, as bacias dedrenagem podem ser classificadas em(CHRISTOFOLETTI, 1974):

a) exorreicas: quando o escoamento da gua se faz demodo contnuo at o mar, isto , quando as baciasdesguam diretamente no mar;

b) endorreicas: quando as drenagens so internas e nopossuem escoamento at o mar, desembocando emlagos, ou dissipando-se nas areias do deserto, ouperdendo-se nas depresses crsicas;

c) arreicas: quando no h qualquer estruturao embacias, como nas reas desrticas;

d) criptorreicas: quando as bacias so subterrneas,

como nas reas crsicas.


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Da mesma forma como as bacias, tambm os cursosdgua podem, individualmente, ser objeto declassificao. De acordo com o perodo de tempo

durante o qual o fluxo ocorre, distinguem-se osseguintes tipos de rios:

a) perenes: h fluxo o ano todo, ou pelo menos em

90% do ano, em canal bem definido;

b) intermitentes: de modo geral, s h fluxo durante aestao chuvosa (50% do perodo ou menos);

c) efmero: s h fluxo durante chuvas ou perodoschuvosos; os canais no so bem definidos.


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Dentro da bacia, a forma da rede de drenagem tambmapresenta variaes. Em geral, predomina na natureza aforma dendrtica, a qual deriva da interao clima-geologiaem regies de litologia homognea. Num certo sentido,considerando-se a fase terrestre do ciclo da gua, pode-se

dizer que a gua procura evadir-se da terra para o mar.Assim fazendo, torna-se organizada em sistemas dedrenagem, os quais refletem principalmente a estruturageolgica local.


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Esta classificao, baseada mais em critriosgeomtricos do que genticos, engloba os seguintestipos:a) dendrtica: lembra a configurao de uma rvore. tpica de regies onde predomina rocha de resistnciauniforme;b) trelia: composta por rios principais conseqentes

correndo paralelamente, recebendo afluentessubseqentes que fluem em direo transversal aosprimeiros. O controle estrutural muito acentuado,devido desigual resistncia das rochas. A extenso e a

profundidade dos leitos sero maiores sobre rochasmenos resistentes, dando formao a vales ladeados porparedes de rochas mais resistentes. Este tipo encontrado em regies de rochas sedimentaresestratificadas, assim como em reas de glaciao;


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c) retangular: variao do padro trelia, caracterizadopelo aspecto ortogonal devido s bruscas alteraes

retangulares nos cursos fluviais. Deve-se ocorrncia defalhas e de juntas na estrutura rochosa;d) paralela: tambm chamada "cauda equina", ocorre emregies de vertentes com acentuada declividade, ou onde

existam controles estruturais que favorecam a formaode correntes fluviais paralelas;e) radial: pode desenvolver-se sobre vrios tipos eestruturas rochosas, como por exemplo, em reasvulcnicas e dmicas;

f) anelar: tpica de reas dmicas; a drenagem acomoda-se aos afloramentos das rochasmenos resistentes.


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Padres de drenagem(CRISTOFOLETTI, 1974)


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PARMETROS FSICOS DE BACIAS HIDROGRFICAS

Para entender o funcionamento de uma bacia, torna-senecessrio expressar quantitativamente as manifestaesde forma (a rea da bacia, sua forma geomtrica, etc.), deprocessos (escoamento superficial, deflvio, etc.) e suas

inter-relaes. Vrios parmetros fsicos foramdesenvolvidos, alguns deles aplicveis bacia como umtodo, enquanto que outros relativos a apenas algumascaractersticas do sistema. O importante reconhecer

que nenhum desses parmetros deve ser entendido comocapaz de simplificar a complexa dinmica da baciahidrogrfica, a qual inclusive tem magnitude temporal.


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Estes parmetros e suas inter-relaes podem serclassificados em:

a) parmetros fsicos: rea, fator de forma, compacidade,altitute mdia, declividade mdia, densidade de drenagem,nmero de canais, direo e comprimento do escoamentosuperficial, comprimento da bacia, hipsometria (relaorea-altitude), comprimento dos canais, padro dedrenagem, orientao, rugosidade dos canais, dimenso eforma dos vales, ndice de circularidade, etc.;

b) parmetros geolgicos: tipos de rochas, tipos de solos,

tipos de sedimentos fluviais,etc.;

c) parmetros de vegetao: tipos de cobertura vegetal,espcies, densidade, ndice de rea foliar, biomassa, etc.;


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d) inter-relaes: Lei do Nmero de Canais (razo de bifurcao),Lei do Comprimento dos Canais (relao entre comprimentomdio dos canais e ordem), Lei das reas

(relao entre rea e ordem), etc..

rea

ANDERSON (1957) denominou a rea como a "varivel do

diabo", porque a maioria das caractersticas da bacia est, dealguma forma, correlacionada com sua rea.. A rea deve serdefinida em relao a um dado ponto ao longo do canal, ou prpria sada ou confluncia da bacia. A rea total inclui todos ospontos situados a altitudes superiores da sada da bacia edentro do divisor topogrfico que separa duas bacias adjacentes.A determinao da rea deve ser feita com muito rigor, a partir defotografias areas, mapas topogrficos, ou levantamento decampo, e se possvel com auxlio de computadores.


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Uma regio em que a chuva ocorrida em qualquerponto drena para a mesma seo transversal do curso-dgua.

rea de captao natural das precipitaes, que fazconvergir os escoamentos para um nico ponto desada: o exutrio.

Para definir uma bacia: Curso dgua

Seo transversal de referncia (exutrio) Informaes de topografia.

Bacia Hidrogrfica


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Diferenciar reas que contribuem para um ponto


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Identificar para onde escoa a gua sobre o relevousando como base as curvas de nvel.

Definio de Bacia Hidrogrfica

A gua escoa na direo da

maior declividade.

Assim, as linhas de

escoamento so ortogonais

s curvas de nvel.

adaptado do original de Francisco Olivera, Ph.D., P.E.

Texas A&M UniversityDepartment of Civil Engineering


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250 300 350 400

50

100

150

200

250

250 300 350 400

50

100

150

200

250

Identificao do

Divisor de guas


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Divisor no corta drenagemexceto no exutrio.

Divisor passa pela regio maiselevada da bacia, mas no

necessariamente pelos pontosmais altos.


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Exemplo delimitao de bacia:

Caractersticas fsicas da bacia


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A bacia do rio dos Sinos uma sub-bacia da bacia dorio Guaba. A bacia do rio Paranhanha uma sub-bacia

da bacia do rio dos Sinos.

Bacias hidrogrficas so compostas por sub-baciashidrogrficas. Cada sub-bacia uma bacia hidrogrficaque pode ser subdividida em sub-bacias, etc.

Bacia Hidrogrfica


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Sub - bacia


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divisor superficial x divisor subterrneoDivisor:

Caractersticas da Bacia Hidrogrfica: rea de drenagem Comprimento Declividade Curva hipsomtrica Forma Cobertura vegetal e uso do solo

Bacia Hidrogrfica


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O principal interesse em estudar a bacia hidrogrfica de que suascaractersticas constituem um sistema natural de transformao de

chuva em vazo.

ENTRADA(chuva)

SISTEMA(bacia)

SADA(vazo na foz)


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Algumas convenes importantes em hidrologia:



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Caracterstica mais importante da bacia

Reflete o volume total de gua que pode ser

gerado potencialmente na bacia Bacia impermevel e chuva constante:

Q = P . A

Se A = 60 km2 (60 milhes de m2) e P = 10 mm/hora (2,7 . 10-6 m/s)

Q = 166 m3/s

rea da Bacia Hidrogrfica


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Uma vez definidos os contornos (divisor), a rea pode sercalculada por uma integral numrica (SIG) ou por mtodosmanuais (planmetro, contagem, pesagem).

rea da Bacia Hidrogrfica


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Bacias com mesma rea podem responder de maneiras distintas

Bacia Local rea(km2)

Qmax(m3/s)

Qmax(ls/km2)

Rio Souris Minot, ND 26.600 340 12,8

Rio Deschutes Moody, OR 27.185 1.235 46,8

Rio Gila Coolige Dam, AR 33.370 3.680 110,8

Rio Cumberland Carthage, Tenn 27.700 5.270 190,9

Rio Susquehanna Wilkes-Barre, Pa 25.785 6.570 225,6

Rio Potomac Point of Rocks, Md 24.980 13.595 545,2

Rio Little Cameron, Texas 18.200 18.320 1009,2

Como isso possvel?
http://www.iph.ufrgs.br/


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Comprimento da bacia

Comprimento do rio

principal

Comprimento da Bacia Hidrogrfica

Os comprimentos da bacia e dorio principal so importantes paraa estimativa do tempo que agua leva para percorrer a bacia.

IPH 01027Bacia

Hidrogrfica
http://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/index.htmlhttp://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/index.htmlhttp://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/index.htmlhttp://www.iph.ufrgs.br/http://www.ufrgs.br/http://galileu.iph.ufrgs.br/collischonn/index.html


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Medio do comprimento de um rio

CAD

SIG Sistema de Informao Geogrfica

Curvmetro


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Declividade da Bacia Hidrogrfica

Tem relao com a velocidade com a qual ocorre oescoamento.

Diferena de altitude entre o incio e o fim dadrenagem dividida pelo comprimento da drenagem.


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Ponto mais alto:300 m

Ponto mais baixo:20 m

Comprimento drenagem = 7 kmDeclividade = 0,04 m/m ou 40 m por km


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Perfil tpico:

alto mdio baixo

Distncia ao longo do rio principal

Altitudedoleito

Valores tpicos:Baixa declividade: alguns cm por kmAlta declividade: alguns m por km

Perfil Longitudinal


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Tempo de viagem = 2 minutos Tempo de viagem = 15 minutos

Tempo de escoamento


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Tempo necessrio para que a gua precipitada no pontomais distante da bacia escoe at o ponto de controle,exutrio ou local de medio.

Relao com:

Comprimento da bacia (rea da bacia)

Forma da bacia

Declividade da bacia Alteraes antrpicas

Vazo (para simplificar no seconsidera)

Tempo de concentrao


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Frmulas empricas para tempo de concentrao

tc = tempo de concentrao em minutosL = comprimento do talvegue (km)h = diferena de altitude ao longo do talvegue (m)

Kirpich385,0

3

h

L57tc

Tempo de concentrao


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Tempo de concentrao

Estimativa do tempo de concentrao para bacias maiores; Equao de Watt e Chow, publicada em 1985 (Dingman, 2002)

onde tc o tempo de concentrao em minutos; L ocomprimento do curso dgua principal em Km; e S a declividade

do rio curso dgua principal (adimensional). Esta equao foi desenvolvida com base em dados de bacias de

at 5840 Km2.

79,0

5,068,7

S

L

tc


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Efeito do tempo de concentrao

Mesma rea, tempo de concentrao

diferente

Q

P

tempo

bacia com alto tempo de concentraobacia com baixo tempo de concentrao


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Forma da bacia hidrogrfica

Avaliao qualitativa

Avaliao quantitativa

ndice de compacidade ndice de conformao ou fator de forma


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So Francisco

Outras:Tiet;Paranapanema;Tocantins.

Exemplos: Alongadas

l l


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Taquari Antas - RS

Rio Itaja - SC

Exemplos: Circular


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Efeito da forma da bacia

Mesma rea, forma diferente

Q

P

tempo

bacia alongadabacia circular

ndice de conformao


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I alto: cheias mais rpidas

I baixo: cheias mais lentas

2LAI

L

ndice de conformaoou fator de forma:


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Ordem do curso dgua principal

Horton props, eStrahler modificou um

critrio para

hierarquizar cursos

dgua.

Passou a ser conhecido

como ordem do curso

dgua


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Ordem de Strahler

Um curso dgua a partir da nascente de

ordem 1

Quando dois cursos de ordem 1 se encontram

formam um curso de ordem 2

Quando dois cursos de ordem 2 se encontram

formam um curso de ordem 3

e assim por diante


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Ordem de Strahler

1

11

1

1

11

1

2

1

11

1

1

1

2

2

2

2

2

2

2

22

22

3

3

3

3

3

3

1

11

1


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Maior profundidade de razes = gua consumida pela

evapotranspirao pode ser retirada de maioresprofundidades do solo.

Florestas: maior interceptao; maior profundidadede razes.

Maior interceptao = escoamento demora mais aocorrer.

Cobertura Vegetal


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Substituio de florestas porlavoura/pastagens

Urbanizao: telhados, ruas, passeios,

estacionamentos e at ptios de casas Modificao dos caminhos da gua

Aumento da velocidade do escoamento (leito

natural rugoso x leito artificial com revestimentoliso)

Encurtamento das distncias at a rede dedrenagem (exemplo: telhado com calha)

Uso do solo


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Agricultura = compactao do solo Reduo da quantidade de matria orgnica no

solo Porosidade diminui

Capacidade de infiltrao diminui

Razes mais superficiais: Consumo de gua dasplantas diminui

Uso do solo


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Uso do solo e vegetao

Solo n Solo vegetado

d l


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Solos arenosos = menos escoamento superficial

Solos argilosos = mais escoamento superficial

Solos rasos = mais escoamento superficial

Solos profundos = menos escoamento superficial

Tipos de solos



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Tipo de solo:

Rochoso

Solo residual (maduro)

G l i


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Rochas do sub-solo afetam o comportamento da baciahidrogrfica.

Rochas porosas tem a propriedade de armazenar grandes

quantidades de gua (rochas sedimentares arenito).

Rochas magmticas tem pouca porosidade e armazenampouca gua, exceto quando so muito fraturadas.

Bacias com depsitos calcreos tem grandes cavidades nosub-solo onde a gua armazenada.

Geologia

P d B i


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Vertentes:

Rede de drenagem:

Escoamento superficial difuso

No h canais definidos

Escoamento sub-superficial e subterrneo

Escoamento superficial Canais bem definidos

Partes da Bacia

R d d D


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Densidade da Rede de Drenagem:

Forma da Rede de Drenagem:

Controlada pela Geologia e pelo Clima

Controlada pela Geologia

Rede de Drenagem


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Densidade de Drenagem

HORTON (1932) definiu densidade de drenagem como sendo a razo

entre ocomprimento total dos canais e a rea da bacia hidrogrfica. um ndice importante, pois reflete a influncia da geologia, topografia,do solo e da vegetao da bacia hidrogrfica, e est relacionado com otempo gasto para a sada do escoamento superficial da bacia. dado

por:

DD = densidade de drenagem (km/km)L = comprimento total de todos os canais (km)

A = rea da bacia hidrogrfica (km)


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O ECOSSISTEMA BACIA HIDROGRFICA

A bacia hidrogrfica pode ser considerada como umbom exemplo de um sistema geomorfolgico: o

geossistema.

Define-se sistema como um conjunto de elementos,seus atributos, e as relaes entre si. De acordo

com o critrio funcional, os sistemas podem serclassificados em sistemas fechados e sistemasabertos.


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A bacia hidrogrfica, como sistema aberto, pode destaforma ser descrita em termos de variveisinterdependentes, as quais oscilam ao longo de umpadro, ou de uma mdia. Como tal, ela se encontra,mesmo quando no perturbada, em contnua flutuao,num estado de equilbrio transacional ou dinmico. Ouseja, a adio de energia, e a perda de energia oprprio sistema, encontram-se sempre em delicadobalano.


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O manejo ecossistmico da bacia hidrogrfica, destaforma, deve levar em conta este estado transacionale esta contnua interdependncia entre todos os

fatores da bacia, a fim de que os impactos (reaes)decorrentes das atividades antrpicas sejam sempreminimizados.


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GERAO DE VAZO EM MICROBACIASFLORESTAIS

1. INTRODUO

Milmetros de altura de gua (mm): ganho ou perda degua de uma bacia, ou de uma rea qualquer, expresso

em termos de altura uniformemente distribuda sobre area. Unidade j familiar no caso da medio da chuva. uma unidade linear. S pode ser transformada em volumequando a rea for especificada, de acordo com a seguinte

relao fundamental:

1 mm = 1 litro/m


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Descarga ou vazo: o deflvio na unidade de tempo.

Unidade: m/s, litros/segundo.

- descarga diria: mdia das descargas ocorridas duranteo dia;

- descarga mdia anual: mdia aritmtica das descargasocorridas em cada dia do ano;- descarga unitria, vazo unitria, escoamento unitrio: o quociente descarga/rea da bacia hidrogrfica em km.Modo de expressar vazes de sorte que elas possam ser

comparadas, pois independem da rea da baciacontribuinte.


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Cota (nvel): altura da lmina dgua referida a umplano pr-estabelecido.

Curva-chave, curva de descarga: relao entre cota

e descarga.

Estao fluviomtrica: instalao onde se mede osvrios parmetros de um curso dgua (cota,descarga , velocidade, etc.).


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2. CONCEITUAO

A expresso "produo de gua" ou rendimento hdricorefere-se descarga total da bacia durante umdeterminado perodo. Em termos da equaosimplificada do balano hdrico de uma bacia,representa, portanto, a frao da precipitao que no perdida por evapotranspirao. Ou seja:

Q = P - ET

A vazo reflete a integrao de todos os fatores hidrolgicos


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A vazo reflete a integrao de todos os fatores hidrolgicosem uma bacia hidrogrfica, incluindo caractersticastopogrficas, clima, solo, geologia e uso do solo.

Uma representao esquemtica deste conceito dinmicoda gerao de vazo em uma microbacia pode ser vista naFigura a seguir:


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Os componentes da vazo incluem os seguintesprocessos hidrolgicos:

a) Precipitao nos canais (Pc): constitui aprimeira frao da chuva a deixar a bacia,

compreendendo as gotas que caem diretamente nasuperfcie lquida dos cursos dgua.Proporcionalmente, trata-se de um componente quecontribui muito pouco para a descarga da microbacia,

pois a proporo de rea lquida em relao superfcie total da bacia pequena.

b) E t S fi i l (R ) tit i f d


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b) Escoamento Superficial (Rs): constitui a frao dachuva que no se infiltra no solo, escoandolaminarmente pelas pores mais impermeveis doterreno at o canal mais prximo.

c) Escoamento Sub-superficial (Rss): tambmchamado interfluxo, constitui a frao da chuva que,

aps infiltrao no solo, escoa lateralmente atravs doshorizontes

O escoamento direto (Qd) de uma chuva, portanto, formado normalmente por:

Qd = Pc + Rs + Rss


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d) Escoamento base (Qb): constitui o escoamento dazona de saturao (gua subterrnea). Aps umachuva, e depois que todo o escoamento direto j tenhadeixado a bacia, o escoamento base o nicocomponente do deflvio.

Em geral o fluxo base proveniente do aqufero, masem microbacias de regies montanhosas o Qb pode ser

originado do movimento lento da zona de aerao, isto, pela movimentao da gua do solo.


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Distribuio percentual aproximada dos processos do balano hdrico etempo de residncia dos componentes da vazo em microbacias revestidascom cobertura florestal natural em condies de clima temperado

(HEWLETT, 1982).


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FATORES QUE AFETAM A VAZO

A vazo de uma bacia hidrogrfica, conforme jesclarecido, pode ser considerado como o produtoresidual do ciclo hidrolgico, o qual influenciado portrs grandes grupos de fatores: clima, fisiografia e usodo solo.

Clima: os fatores climticos so importantes nadeterminao do deflvio pois influenciam tanto a

precipitao quanto a evapotranspirao (Q = P - ET).

Fisiografia: as caractersticas fsicas da bacia


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Fisiografia: as caractersticas fsicas da baciahidrogrfica influenciam a formao da vazo de vriasmaneiras.

A declividade, por exemplo, influencia os processos deinfiltrao, escoamento superficial, fluxo de gua no soloetc.

A altitude, por sua vez, outra caracterstica importante aconsiderar. Em geral, em maiores altitudes a precipitaomdia anual maior, assim como so menores atemperatura e a evapotranspirao.

Outras caractersticas fisiogrficas incluem: rea, forma,orientao, densidade de drenagem, geologia, solos ecaractersticas geomtricas da bacia hidrogrfica.

Uso do solo: a cobertura vegetal, pela sua influnciab hid l i t i i t t


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sobre processos hidrolgicos tais como interceptao,transpirao, infiltrao, percolao etc., constitui-se num dosfatores mais importantes que afetam a produo de gua emmicrobacias.

Outro fator de uso do solo diz respeito, por exemplo, ao graude urbanizao da bacia, o qual resulta, em geral, em

aumento da impermeabilizao da superfcie, aumentando oescoamento superficial, o pico de cheia, a sedimentao doscursos dgua, a poluio da gua etc.

Estes trs grupos de fatores, em conjunto, operam no sentido

de fazer com que o comportamento hidrolgico de baciaspequenas (microbacias) seja diferente do de bacias maiores,conforme j discutido.

Medio de Vazao


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Medio Volumtrica

Conceito de que vazo = V/ t

Marca-se o tempo para preencher um volume

conhecido

Aplicvel para pequenas vazes

Aplicvel onde a gua pode ser recolhida

Medio de Vazao

Medindo o escoamento


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Vazo = velocidade x rea


Perfis de velocidade em rios


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Perfis de velocidade em rios

Perfis de velocidade de escoamento

Medio de Vazo - Expedita


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Utilizando um flutuador:

Escolher um trecho retilneo do rio que tenha seo constante;

Marcar uma distncia de no mnimo 10m;

Medir a rea da seo do rio;

Lanar o flutuador e contar o tempo para percorrer a distncia demarcada.

Calcular a vazo com a frmula.

Medio de Velocidade da gua - Molinete


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Caractersticas:

Velocidade pontual Calibrao para obter relao: (n de revolues/min) e (velocidade m/s)

Pode ser utilizado abordo de barcos ou de telefricos sobre a seo do rio

A velocidade conhecida contando o numero de revolues realizadas em um intervalo de

tempo (> 30s em geral)

Canal de Velocidade - IPHUFRS

Medio de Vazo - Molinete


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hi hi+1

b

A parcial = b (hi+hi+1)/2

A total = A parciais

Clculo da rea da seo:

Clculo da velocidade mdia de cada vertical:

Em cada vertical medida uma ou mais velocidades em profundidades diferentes e se calcula

a velocidade mdia de cada vertical (Vi).

Assim obtm-se a velocidade mdia para cada Ai

A vazo ser o somatrio das Vi multiplicadas pelas Ai

Molinete


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Molinete

Molinetes


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o e es

Molinetes


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Medio com Molinete


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Medio Vau- Para pequenas profundidades ( ~ 1.20 m)

- Para pequenas vazes- molinete preso uma haste

Medio com Molinete

M li t


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Molinete preso haste

( medio a vau)

Molinete preso haste(medio a vau)


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(medio a vau)

Pequenos rios


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Vazo x velocidade

q

Pequenos rios


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Vazo x velocidade

Pequenos rios

Rios maiores


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Medio embarcadaMedio a partir de cabosMedio a partir de pontes



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Medindo velocidade


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Medio com Molinete


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Medio sobre Pontes

- Problemas da influncias da estrutura- Localizao da ponte em boa seo para medio

Medio com Molinete

Medio com Molinetesobre Ponte


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sobre Ponte

Medio com Molinete


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Medio com Barco Fixo

a mais freqente

Barco fixado a um cabo de ao

Cabo preso nas margens

Posies das verticais medidas no cabo

Medio a vau (a) e sobreBarco Fixo (b) e (c)


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Barco Fixo (b) e (c)

Guincho e Molinetes


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Medindo o escoamento- A curva chave -


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Vazo x nvel da gua

A curva chave

A curva-chave


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A curva chave



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Muitas medies de vazo



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A curva chave



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Observao contnua

Duas vezes por dia (7:00 e 17:00horas) verifica o nvel na rgua.

No escritrio converte em vazousando a curva chave.

Lance de rguas noRio Inhandava


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Rio Inhandava

Posto 74320000- Rio Sargento -


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Rio Sargento

Posto Porto Sucuri- Rio Paraguai -


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g

Posto Porto da Manga- Rio Paraguai -


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g

Posto Fluviomtrico


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Escalas Limnimtricas


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Posto Fluviogrfico


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Limngrafosde Bia


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de Bia

Limngrafos


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de Bia

Limngrafos


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de Bia

Limngrafo


136/162

com

TubuloInstaladona Margem

do CursoDgua

Limngrafo


137/162

com

TubuloInstaladono Curso

Dgua

Limngrafo


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com

TubuloInstaladono Curso

Dgua

Limngrafo com registroem papel


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Limngrafos com Data Logger


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Posto de Medio de Vazo


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Requisitos para uma Boa Seo Lugar de fcil acesso

Forma regular da seo Trecho retilneo

Margem e leito no erodveis

Velocidade entre 0.2 e 2 m/s Controle por regime uniforme ou crtico

Curva-Chave


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Relao biunvoca entre vazo e nvel

dgua requer:

Regime permanente e uniforme

ou

Regime Crtico

Seo Transversal


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Seo Transversal


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Seo Transversal


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rea molhada

Seo Transversal


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Permetro molhado

Seo Transversal


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Raio Hidrulico = rea/Permetro

Calhas e Vertedores


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Um vertedor triangular de soleira delgada com ngulo de 90, por exemplo,tem uma relao entre cota e vazo dada por:

Q = 1,42 h2,5onde Q a vazo em m3.s-1 e h a carga hidrulica emmetros sobre o vertedor que a distncia do vrtice ao nvel da gua


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Calha Parshall x Vertedores


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Calha Parshall mais cara e complexa, mas

permite medir uma ampla faixa de vazes.

Vertedores criam obstculos ao fluxo de

sedimentos, peixes, etc

Calha Parshall


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W (largura da garganta)Pol. 1" 2" 3" 6" 9" 12" 18"

Vazo Mxima m/h 20,41 51,00 193,68 397,44 907,30 1.641,24 2.507,76

Vazo Mxima. l/s 5,67 14,17 53,80 110,40 252,02 455,90 696,6

Vazo Mnima m/h 0,40 1,00 2,88 5,04 9,00 11,16 15,12

Vazo Mnima l/s 0,11 0,28 0,80 1,40 2,55 3,10 4,2

vendidas comercialmente: tabela de tamanhos

Medio de Vazo Calhas e Vertedores

Vazo funo da lmina de gua.


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g

Medindo o escoamento- A curva chave -


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Quantas verticais?Quantos pontos de medio por vertical?


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Perfil de velocidade


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P

2 - medindo a 20 % da profundidade total (0,2 x P)



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P




159/162

P



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mdia

Usar apenas 1 ponto pode significar superestimativa ouSubestimativa.

Quantos Pontos por Vertical?


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Mtodo detalhado Muitos pontos em cada vertical

Mtodo simplificado

Apenas dois pontos em cada vertical

Dinamica agua

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