Geração de Escoamento

1. Geração de Escoamento Hidrologia Física Benedito C Silva Adaptado de Walter Collischonn, IPH - UFRGS

2. Tipos de Escoamento na bacia • Escoamento superficial • Escoamento sub-superficial • Escoamento subterrâneo

3. Processos da parte terrestre do ciclo hidrológico evap chuva Interceptação Depressões Infiltração Escoamento superficial Armazenamento no solo Escoamento Sub-superficial Percolação Vazão no rio Escoamento Subterrâneo Armazenamento no subsolo

4. Tipos de escoamento bacia • Superficial • Sub-superficial ?? • Subterrâneo

5. Chuva, infiltração, escoamento superficial

6. Chuva, infiltração, escoamento superficial, escoamento subterrâneo Camada saturada

7. Escoamento • sub-superficial

8. Depois da chuva: Escoamento sub-superficial e escoamento subterrâneo Camada saturada

9. Estiagem: apenas escoamento subterrâneo Camada saturada

10. Estiagem: apenas escoamento subterrâneo Camada saturada

11. Estiagem: apenas escoamento subterrâneo Camada saturada

12. Estiagem muito longa = rio seco • Rios intermitentes Camada saturada

13. Escoamento superficial • Geração de escoamento na bacia • Escoamento até a rede de drenagem • Escoamento em rios e canais • Escoamento em reservatórios

14. Precipitação que atinge áreas impermeáveis • Precipitação intensa que atinge áreas de capacidade de infiltração limitada • Precipitação que atinge áreas saturadas Formação do Escoamento Superficial

15. Fonte: Rampelloto et al. 2001

16. Áreas Impermeáveis • Telhados • Ruas • Passeios • Geração de escoamento superficial é quase imediata • Infiltração é quase nula

17. Áreas de capacidade de infiltração limitadas • Gramados • Solos Compactados • Solos muito argilosos • Capacidade de infiltração é baixa

18. Intensidade da chuva x capacidade de infiltração Precipitação Escoamento Infiltração Infiltração tempo

19. Considere chuva com intensidade constante • Infiltra completamente no início • Gera escoamento no fim início do escoamento Infiltração Precipitação intensidade da chuva Geração de escoamento capacidade de infiltração tempo

20. Considere chuva com intensidade constante • Infiltra completamente no início • Gera escoamento no fim início do escoamento Infiltração Precipitação intensidade da chuva Infiltraçãoaolongo do tempo capacidade de infiltração tempo volume infiltrado

21. Considere chuva com intensidade constante • Infiltra completamente no início • Gera escoamento no fim início do escoamento Infiltração Precipitação volume escoado intensidade da chuva Escoamentoaolongo do tempo capacidade de infiltração tempo volume infiltrado

22. Escoamento em áreas de solo saturado Precipitação Infiltração

23. Escoamento em áreas de solo saturado Precipitação Solo saturado

24. Escoamento em áreas de solo saturado Precipitação Escoamento Solo saturado

25. Geração de Escoamento • Intensidade da precipitação é maior do que a capacidade de infiltração do solo • Processo hortoniano • (Horton, 1934) I (mm/h) Q (mm/h) F (mm/h) Q = I – F

26. Geração de Escoamento • Precipitação atinge áreas saturadas • Processo duniano (Dunne) Q (mm/h)

27. Existem dois principais processos reconhecidos na formação do escoamento superficial: • precipitação de intensidade superior à capacidade de infiltração (processo Hortoniano); • e precipitação sobre solos saturados (processo Dunneano). Resumindo

28. Se uma chuva com intensidade de 30 mm.h-1 atinge um solo cuja capacidade de infiltração é de 20 mm.h-1, uma parte da chuva (10 mm.h-1) se transforma em escoamento superficial. • Este é o processo de geração de escoamento por excesso de chuva em relação à capacidade de infiltração, também conhecido como processo Hortoniano, porque foi primeiramente reconhecido por Horton (1934). Geração de escoamentopeloprocessoHortoniano

29. O processo Hortoniano é importante em bacias urbanas, em áreas com solo modificado pela ação do homem, ou em chuvas muito intensas, mas é raramente visto em bacias naturais durante chuvas menos intensas. Seráqueocorremesmo?

30. Geração de escoamentopeloprocessoDunneano • O escoamento superficial é quase que totalmente originado pela parcela da precipitação que atinge zonas de solo saturado. • Solos saturados são normalmente encontrados próximos à rede de drenagem, onde o nível do lençol freático está mais próximo da superfície.

31. Conceito de área de contribuição variável • Numa dada bacia, a extensão das áreas saturadas varia fortemente com o tempo, refletindo a condição de umidade geral da bacia. • Área em que pode ocorrer a formação de escoamento superficial varia ao longo do tempo. VariableSource-Areaconcept

32. Área de contribuição variável Bacia relativamente úmida Bacia relativamente seca

33. Mapa de áreas saturadas numa bacia mostrando a expansão da região saturada durante um evento de chuva. A região escura é a região saturada no início da chuva. A região cinza claro está saturada no final da chuva. Nesta região o lençol freático atingiu o nível da superfície do terreno. [Dunne and Leopold, 1978]

34. Região saturada de acordo com a época do ano: • preto: verão • cinza claro: outono • cinza escuro: inverno • [Dunne and Leopold, 1978]

35. Áreassaturadas normalmente ficampróximas da rede de drenagem Saturation in zones of convergent topography

36. Matas ciliares em regiões secas

37. A estimativa da geração de escoamentopodeserfeitausandométodos simples oucomplexos: • Complexos: procura-se detalharosdiferentesprocessos • Simples: procura-se sintetizarosprocessos, simplificando a representaçãomatemática Modelossimplificados de escoamento superficial

38. Cálculos de Separação de Escoamento • Para saber como a bacia vai responder à chuva é importante saber as parcelas de água que vão atingir os rios através de cada um dos tipos de escoamento. • Em muitas aplicações o escoamento superficial é o mais importante • Vazões máximas • Hidrogramas de projeto • Previsão de cheias • Métodos simplificados x modelos mais complexos

39. Separação de Escoamento Precipitação tempo P Q tempo

40. Separação de Escoamento Escoamento Infiltração tempo P Q tempo

41. Separação de Escoamento Escoamento Infiltração tempo infiltração decresce durante o evento de chuva P Q tempo

42. Separação de Escoamento Escoamento Infiltração tempo parcela que não infiltra é responsável pelo aumento da vazão no rio P Q tempo Parte laranja, queescoasuperficialmente, é chamada de chuvaefetiva

43. A parcela da chuva que se transforma em escoamento superficial é chamada chuva efetiva.

44. Como calcular? • Usar métodos simplificados: • capacidade de infiltração constante • infiltração proporcional à intensidade de chuva • método SCS

45. Como calcular? Como calcular? Escoamento Infiltração tempo Infiltração constante P Q tempo

46. Como calcular? Escoamento Infiltração tempo Infiltração proporcional P Q tempo

47. Como calcular? Escoamento Infiltração tempo Método SCS: Perdas iniciais + Infiltração diminuindo P Q tempo

48. Um dos métodos mais simples e mais utilizados para estimar o volume de escoamento superficial resultante de um evento de chuva é o método desenvolvido pelo NationalResourcesConservatoin Center dos EUA (antigo SoilConservation Service – SCS). Como estimar chuva “efetiva”

49. O método SCS Para uma dada chuva, obtém escoamento, considerando um parâmetro (CN)

50. US Soil Conservation Service (atual Natural Resources Conservation Service) • Surgido na década de 1950 • Preocupação com erosão • Estimativa expedita de volumes escoados para determinadas chuvas Origem do método SCS