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HIDROLOGIA II

HIDROLOGIA II. PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES. HIDROLOGIA II. Unidade 1: Introdução à Hidrologia Aplicada. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA. CÓDIGO: TIPO: ELETIVA CURSO: MESTRADO – PPGRHS CH: 3 HORAS SEMANAIS E 45 SEMESTRAIS EMENTA:

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HIDROLOGIA II

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Presentation Transcript

  1. HIDROLOGIA II PROF. CARLOS RUBERTO FRAGOSO JR. PROF. MARLLUS GUSTAVO F. P. DAS NEVES

  2. HIDROLOGIA II Unidade 1: Introdução à Hidrologia Aplicada

  3. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA • CÓDIGO: • TIPO: ELETIVA • CURSO: MESTRADO – PPGRHS • CH: 3 HORAS SEMANAIS E 45 SEMESTRAIS • EMENTA: • Hidrologia Aplicada. Vazão Máxima e Hidrograma de Projeto. Controle de cheias através de medidas estruturais e não estruturais. Disponibilidade Hídrica. Regionalização de vazões. Sedimentos.

  4. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA • OBJETIVO • dar aos alunos os conceitos avançados da ciência hidrológica • CONTEÚDO PROGRAMÁTICO • Unidade 1: Introdução à Hidrologia Aplicada (0,5 aula) • Apresentação da disciplina • Definições • Aplicações da hidrologia Aplicada

  5. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA • CONTEÚDO PROGRAMÁTICO • Unidade 2: Vazão Máxima e Hidrograma de Projeto (1,5 aula  acumuladas – 2 aulas) • Conceitos • Vazões máximas com base na série histórica • Vazões máximas com base na precipitação • Hidrograma de projeto com base na série histórica • Hidrograma de projeto com base na precipitação

  6. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA • CONTEÚDO PROGRAMÁTICO • Unidade 3: Controles de cheias (2 aulas  acumuladas – 4 aulas) • Enchentes e avaliação de enchentes • Medidas de controle estruturais • Medidas de controle não estruturais • Unidade 4: Disponibilidade Hídrica (1 aula  acum – 5 aulas) • Vazões de estiagem • Regularização de vazões

  7. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA • CONTEÚDO PROGRAMÁTICO • Unidade 5: Regionalização de vazões (5 aulas  acumuladas – 10 aulas) • Introdução • Regionalização da vazão média • Regionalização da vazão máxima • Regionalização da vazão mínima • Regionalização da curva de regularização

  8. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA • CONTEÚDO PROGRAMÁTICO • Unidade 6: Sedimentos (2 aulas  acumuladas– 12 aulas) • Ciclo hidrossedimentológico • Erosão e deposição • Transporte fluvial • Morfologia fluvial

  9. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA

  10. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA • AVALIAÇÃO • Trabalhos, provas de conceitos, 1 prova prática

  11. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA • BIBLIOGRAFIA • SANCHEZ, J. l988. Fundamentos de Hidrologia. Apostila. Instituto de Pesquisas Hidrálicas - UFRGS, 350p • TUCCI, C. E.M. (Org.). Hidrologia. Ciências e aplicação. Porto Alegre: Ed. da Universidade: ABRH: EDUSP, 1993. 943p • COLLISCHONN, W.; TASSI, R. Introduzindo Hidrologia. Apostila. Instituto de Pesquisas Hidráulicas – UFRGS • LINSLEY, R.; KOHLER, M. e PAULHUS, I. l967 . Hidrologia para Ingenieros. McGraw-Hill, Madrid. 350p.

  12. APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA • BIBLIOGRAFIA • PINTO, N.; HOLTZ, A.C.; MARTINS, J. e GOMIDE, F.L. l976. Hidrologia Básica. Edgard Blucher. Sao Paulo. 278p • WISLER, C. O. e BRATER, E.F. l964. Hidrologia. Livro Técnico. Rio de Janeiro. 484p. • GARCEZ, L.N. l967. Hidrologia. Edgard Blucher. Sao Paulo. 249p. • CHOW, V.T. l964. Handbook of Applical Hydrology. McGraw-Hill. New York, n.p • NAGHETTINI, M; PINTO, E. J. A. 2007. Hidrologia estatística. CPRM. Belo Horizonte. 552p. http://www.cprm.gov.br/ clique em Dados & Produtos

  13. DEFINIÇÕES E APLICAÇÕES DA HIDROLOGIA APLICADA • Hidrologia aplicada  utiliza os princípios da hidrologia para planejar, projetar e operar sistemas de aproveitamento e controle de recursos hídricos • a consecução desses objetivos requer a quantificação confiável das variabilidades espaciais e/ou temporais presentes em fenômenos hidrológicos: precipitação, escoamento e armazenamento superficiais e sub-superficiais, evapotranspiração, infiltração, armazenamento, propriedades físico-químicas e biológicas da água, conformações geomorfológicas, transporte de sedimentos, etc.

  14. DEFINIÇÕES E APLICAÇÕES DA HIDROLOGIA APLICADA • estuda os diferentes fatores relevantes ao provimento de água para a saúde e para a produção de alimentos no mundo • voltada para os diferentes problemas que envolvem a utilização dos recursos hídricos, preservação do meio ambiente e ocupação da bacia

  15. DEFINIÇÕES E APLICAÇÕES DA HIDROLOGIA APLICADA • Principais áreas de desenvolvimento no Brasil: • Planejamento e gerenciamento da BH • Drenagem urbana e manejo de águas pluviais • Geração de energia • uso do solo rural • Qualidade da água • Abastecimento de água • Irrigação • Navegação • Estudo de regime de vazões (meio ambiente) • Efeitos de uso e ocupação do solo

  16. HIDROLOGIA II Unidade 2: Vazão Máxima e Hidrograma de Projeto

  17. CONCEITOS • Vazão máxima • maior vazão que ocorre numa seção do rio, num período definido  representa as condições de inundação do local • o valor de vazão associado a um risco de ser igualado ou ultrapassado • Hidrograma de projeto • sequência temporal de vazões relacionadas a um risco de ocorrência  caracteriza-se pelo seu volume, distribuição temporal e valor máximo (pico do hidrograma)

  18. CONCEITOS Ano civil 1 Ano civil 2 Ano civil 3 Vazões máximas anuais Vazão máxima Volume Hidrograma de projeto

  19. CONCEITOS Rio Mundaú  estação fluviométrica Fazenda Boa Fortuna (código 39770000), anos de 1974 e 2006  Siscah Toda a série

  20. CONCEITOS Vazões máximas anuais Siscah

  21. CONCEITOS • Vazão máxima • previsão de enchentes e no projeto de obras hidráulicas tais como condutos, canais, bueiros, entre outras • Hidrograma de projeto • necessário quando o volume, a distribuição temporal e o pico são importantes no funcionamento da obra hidráulica, como no caso de reservatórios e ensecadeiras

  22. CONCEITOS • Hidrograma de projeto: exemplo de aplicação • Determinação do volume a armazenar após efeitos da urbanização Trecho (canal, bacia, ...) Volume armazenado

  23. CONCEITOS • A determinação da vazão e o hidrograma, resultante de precipitações ocorridas ou com possibilidade de ocorrer, podem ser divididas em 2 classes • representação de um evento específico • Dimensionamento  risco • Tempo de retorno  Probabilidade de que um valor seja ultrapassado

  24. CONCEITOS • O risco que uma vazão, com uma probabilidade associada, ocorra nos próximos anos é obtido pela expressão • RP = 1 - ( 1 - 1/Tr)N  N é o número de anos • expressão utilizada para verificar o risco de uma obra dentro de sua vida útil • Um bueiro projetado para uma vazão máxima de 10 anos de tempo de retorno, tem o risco de falhar, nos próximos 5 anos, de 41%

  25. CONCEITOS • Obtenção da vazão máxima • Com base em série histórica: com dados históricos no local de interesse e as condições da bacia não se modificaram  ajustada uma distribuição estatística  estimativa da vazão máxima para um Tr. Quando não existem dados ou a série é pequena  precipitações ou regionalização de vazões máximas • com base na precipitação: determinada com base no Tr escolhido para o projeto. A vazão resultante não necessariamente com o mesmo Tr  diferentes fatores que envolve a transformação chuva - vazão

  26. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Séries amostrais de vazão podem ser anuais ou parciais • séries anuais  vazões máximas ocorridas em cada ano. Desprezados os outros valores máximos ocorridos dentro do ano  o 2º ou 3º maior valor num determinado ano pode ser superior ao maior valor observado num ano menos chuvoso • séries parciais  valores máximos escolhidos a partir de uma determinada vazão selecionada  escolhida de tal forma a não incluir vazões pequenas e de existir pelo menos um valor por ano  os eventos devem ser independentes entre si

  27. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA Ano civil 1 Ano civil 2 Ano civil 3 Vazões máximas anuais O 2º maior valor do Ano civil 3 é maior que o maior valor do Ano civil 1 e do Ano civil 2 O uso do ano hidrológico ajuda a evitar isto e buscar a independência dos valores

  28. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA Vazões máximas Eventos devem ser independentes O uso de séries parciais pode aproveitar todos os valores máximos

  29. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA O ganho das séries parciais ocorre em tempos de retorno menores

  30. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Algumas recomendações na escolha das vazões • para cada ano hidrológico, com período completo, selecione a vazão máxima instantânea • na grande maioria dos postos fluviométricos não existe linígrafo, sendo necessário utilizar a vazão máxima diária ou a maior vazão das leituras diárias • quando o posto tem linígrafo  obter o valor máximo Máximo instantâneo Máximo de 2 valores diários

  31. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Algumas recomendações na escolha das vazões • havendo um ano de dados incompletos  verifique se a falta de dados ocorre nos meses secos • Compare com postos vizinhos, observando se a maior enchente na região está contida nos meses de falha • Só utilize este ano e seu valor, se a falha for no período seco e/ou houver razões fortes para que o pico não tenha ocorrido no período de falha

  32. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Condições da série para a análise estatística  Na maioria das aplicações as séries devem ter como pré-requisito: estacionariedade e homogeneidade • Série estacionária  certas propriedades estatísticas de uma série hidrológica não se alteram ao longo do tempo • Independência de vazões  um evento não é influenciado pelo evento que passou e nem influencia o próximo • Série homogênea  padrão de variabilidade, em torno de seu valor médio, é único e idêntico, ao longo do tempo • Amostra representativa  seus valores constituintes sejam representativos da variabilidade presente no fenômeno hidrológico em questão

  33. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Vazões máximas anuais  chance de ocorrer dependência é pequena, devido ao tempo que separa cada enchente • Escolha da vazão máxima  realizada, em geral, dentro do ano hidrológico • O ano hidrológico corresponde ao período de 12 meses a partir do início do período chuvoso e o fim da estação seca • Sudeste do Brasil  para a maioria dos rios, inicia em outubro e termina em setembro • Rio Grande do Sul  inicia em maio e termina em abril • Há regiões em que a cheia pode ocorrer em qualquer mês do ano

  34. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA Será que são independentes?

  35. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Exemplos de não-estacionariedade  pode haver mudança numa série provocada pelo aumento da urbanização (mudança gradual das características do escoamento), pela construção de reservatórios ou diques (alterando a série a jusante da barragem), pelo desmatamento, por exploração ou queima, mudando o comportamento do escoamento

  36. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA O que será que houve? Implantação de reservatório? A série não está estacionária e nem homogênea

  37. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA Reservatório Posto Flu Simular a cheia antes do reservatório para homogeneizar a série

  38. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA Série a montante do reservatório – simulada a com modelo hidrológico Série a montante do reservatório – balanço hídrico

  39. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA Série homogeneizada em um ponto a montante do reservatório

  40. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Representatividade  a confiabilidade dos parâmetros calculados com base na série histórica depende do node valores, das incertezas e da sua representatividade. • Incerteza  diferença entre as estatísticas da amostra e os parâmetros da população. Principais fontes: erros de processamento e medição da vazão, a falta de representatividade da amostra e aqueles devidos à não-homogeneidade • Pode-se utilizar de dados de precipitação para verificar a representatividade  as séries são mais longas

  41. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Principais distribuições estatísticas usadas em hidrologia: Empírica, Log-Normal, Gumbel e Log-Pearson III. • Beard (1974) examinou enchentes de 300 estações nos EEUU comparando diferentes métodos  as distribuições Log-Normal e Log-Pearson III foram as únicas que não apresentaram resultados tendenciosos, enquanto que esta última apresentou resultados mais consistentes. • O autor recomendou o uso da Log-Pearson III com coeficiente de assimetria regionalizado para amostras pequenas. A seguir são apresentadas, de forma resumida, as distribuições Gumbel e Log-Pearson III

  42. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Distribuição de Gumbel • onde P(Q ≥ Q0) é a prob. da vazão Q ser maior ou igual a Q0, e • É a variável reduzida  µ e a são parâmetros da distribuição e estimados com base na média e desvio padrão dos valores da série • onde e s são a média e o desvio padrão das vazões, respectivamente

  43. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • posição de plotagem (Grigorten) • onde i é a posição das vazões (ordem decrescente) e N é o tamanho da amostra

  44. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Distribuição Log-Pearson III  variante da Gama, possui 3 parâmetros: média, desvio padrão e coeficiente de assimetria dos logaritmos das vazões, estimados por

  45. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • A estimativa da vazão para um tempo de retorno T é obtida por • onde K(T,G) é o coeficiente obtido no quadro a seguir • A equação de posição de plotagem recomendada para a distribuição Log-Pearson III é a seguinte

  46. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA Valor de K para a distribuição Log-Pearson Tipo III É interessante que tenhamos, no mínimo, 10 a 15 anos de dados

  47. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Para valores de G entre -1 e 1, o valor de K pode ser estimado por • onde Kn é o coeficiente para G = 0 do Quadro anterior

  48. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Limites de confiança  medir o grau de incerteza  para cada estimativa pontual de vazão, estimam-se os limites inferior e superior • Para a distribuição Log-Pearson III, temos • onde (logQ)a é o logaritmo da vazão no limite de confiança, com nível de significância a; Ka é o parâmetro para o limite de confiança de nível de significância a

  49. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA • Cálculo de Ka e K1-a • Limite superior • Limite inferior • onde p é a probabilidade, Zp valor de K para a probabildade p (retira-se do anexo A.7 – Tucci), Za é o valor de K para o nível de significância a (Z da curva normal) e G = 0 e N é o tamanho da amostra

  50. VAZÕES MÁXIMAS COM BASE NA SÉRIEHISTÓRICA Q Tr = 1/p

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