04 - monitoramento hidrológico.pdf

UFPB / CT / DEC / LARHENA / Disciplina: Recursos Hdricos / Prof. Dr. Cristiano das Neves Almeida 1

Universidade Federal da Paraba

Departamento de Engenharia Civil

Laboratrio de Recursos Hdricos e Engenharia Ambiental

Disciplina: Recursos Hdricos

Professor: Cristiano das Neves Almeida

Tema: Monitoramento hidrolgico

Data de elaborao: 19/agosto/2006

1. INTRODUO

Considerando o tema planejamento e gerenciamento de recursos hdricos

como um tringulo, sua base seria os dados hidrolgicos. Pois, sem dados

observados em campo (bacias hidrogrficas) o planejamento e gerenciamento de

recursos hdricos so feitos a partir de estimativas destes dados, que podem

conduzir a tomadas de deciso errneas.

Para uma gesto e planejamento racional dos recursos hdricos se faz

necessrio o conhecimento dos dados hidroclimatolgicos (Precipitao, vazo,

evaporao etc.).

Hidrologia a cincia que estuda a gua nos estados lquido, slido e

gasoso, da sua ocorrncia, distribuio e circulao na natureza, onde dada

uma nfase especial ao processo de transformao da chuva em vazo.

Considerando-se este conceito, a hidrologia trata de temas ligados ao

gerenciamento e planejamento de recursos hdricos, nos seus aspectos quali-

quantitativos. Assim, para o dimensionamento, estudo e operao de obras

hidrulicas (barragens, sistemas de controle de enchentes, projetos de irrigao,

transposio de vazes, sistemas de abastecimento dgua etc.) necessrio o

conhecimento das variveis hidrolgicas que influenciam estas intervenes

antrpicas.

Neste contexto, a quantificao de variveis hidrolgicas de fundamental

importncia. Assim, o monitoramento hidrolgico, que consiste da observao,


medio, processamento e previso de dados hidrolgicos, uma das reas da

hidrologia, mais conhecida como hidrometria.

Este documento apresenta apenas tpicos sobre o monitoramento

hidrolgico, que sero discutidos nas aulas de recursos hdricos. Ressalta-se

ainda que para o aluno que quiser obter mais informaes sobre este tema,

recomendada a leitura do livro Hidrometria Aplicada de Irani dos Santos e outros

autores (2001), que foi o material que deu base elaborao do presente texto.

De uma maneira resumida, esta parte do curso ser apresentada da

seguinte forma:

Apresentao de conceitos ligados ao monitoramento hidrolgico

(aula terica);

Apresentao de equipamentos de medio (aula expositiva de

equipamentos de medio).

2. OBJETIVO

Fazer com que o aluno entenda a importncia do monitoramento hidrolgico

para a rea de recursos hdricos.

3. O CICLO HIDROLGICO

O ciclo hidrolgico representa a forma como a gua circula ou est

disposta na natureza. Sua representao pode ser a mais completa possvel,

considerando, por exemplo, a gua sob forma de neve ou gelo em montanhas.

Porm, no caso especfico do Nordeste brasileiro, a forma simplificada do ciclo

hidrolgico pode ser composta pelas seguintes parcelas, que so representadas

na Figura 1:

Precipitao;

Evaporao;

Evapotranspirao;

Escoamento superficial;

Escoamento sub-superficial;

Escoamento subterrneo;

Infiltrao.


Figura 1 - Representao do ciclo hidrolgico

4. O MONITORAMENTO HIDROLGICO

Na hidrologia dada uma nfase a fase superficial do ciclo hidrolgico.

Esta nfase pode ser caracterizada pela equao do balano hdrico, que a

equao da continuidade aplicada a uma bacia hidrogrfica.

P ETP Q = ?S/?t (1)

Em que:

P Precipitao;

ETP Evapotranspirao potencial;

Q Deflvio;

?S/?t variao do armazenamento dgua do sistema no

tempo.

Como esta equao tem o objetivo principal de quantificar a gua na bacia

hidrogrfica, ento variveis hidrolgicas podem ser medidas diretamente em

campo ou determinadas indiretamente, por meio de outras variveis hidrolgicas

monitoradas.


4.1 - Precipitao

A precipitao a principal entrada do sistema bacia hidrogrfica, atravs

desta varivel que so formadas outras variveis do sistema, por exemplo, o

escoamento superficial e a infiltrao.

Esta varivel quantificada diretamente sobre a bacia hidrogrfica atravs

de pluvimetros (em geral uma vez por dia) ou pluvigrafos (medio contnua),

sendo que o pluvimetro mais utilizado no Brasil o Ville de Paris (Figura 2).

Este tipo de pluvimetro possui uma rea de 400 cm2, de modo que um volume

de 40 ml corresponde a 1 mm de precipitao. A gua acumulada neste tipo de

medidor de precipitao captada por meio de uma torneira no fundo do

aparelho atravs de uma proveta (Figura 3).

Figura 2 - Pluvimetro Ville de Paris (Fonte: Dos Santos et al, 2001)


Figura 3 - Captao da precipitao (Fonte: Dos Santos et al, 2001)

No caso de pluvigrafos trs sistemas so os mais utilizados: o de bia, de

balana e o de cubas basculantes. Em geral, estes sistemas podem ser

conectados a um sistema de armazenamento de dados (dataloggers), a fim de

realizar medies em espaos de tempo menores que 1 dia.

Medies da varivel precipitao ainda podem ser obtidas atravs de

radares meteorolgicos ou imagens de satlites, porm erros so associados a

estes mtodos.

Cuidados com a instalao e operao de estaes pluviomtricas:

Na instalao e operao de postos pluviomtricos algumas observaes

merecem destaque:

O local escolhido para instalao da estao deve ser plano, livre

de obstculos como rvores, casas, muros, etc. recomendada

uma distncia mnima de algum obstculo de no mnimo 2 vezes

a altura do obstculo (Figura 4);

Escolher locais que no sejam necessrios deslocamentos da

posio do equipamento de medio no futuro;

A manuteno do sistema de medio imprescindvel para a

obteno de dados de boa qualidade, esta recomendao vale


inclusive para equipamentos de medio automtica, que

aparentemente podem funcionar por at um ms.

Outras observaes podem ser obtidas no captulo 2 do livro

Hidrometria Aplicada (Dos Santos et al., 2001).

Figura 4 - Distncia mnima de um obstculo (Fonte: Dos Santos et al, 2001)

4.2 - Evaporao

A evaporao o processo fsico no qual um lquido ou slido passar ao

estado gasoso. Em meteorologia, evaporao diz respeito apenas

transformao da gua para o estado gasoso (vapor) devido radiao solar e

aos processos de difuso molecular e turbulenta. A evaporao influenciada

pela temperatura do ar, vento e presso de vapor. Este fenmeno pode ocorrer

em superfcies lquidas livres (espelho dgua de audes e lagos) ou em reas

descobertas de bacias hidrogrficas (superfcies de solos descobertos) quando

estes esto saturados ou quando o nvel fretico encontra-se elevado (Tucci et

al., 1993).

Esta varivel pode ser medida diretamente ou indiretamente:

Evapormetros (mtodo direto);

Equaes empricas (mtodo indireto);

Balano hdrico (mtodo indireto);

Transferncia de massa (mtodo indireto);

Balano de energia (mtodo indireto).


Neste documento alguns mtodos so descritos a seguir. Para mais

informaes sobre os outros mtodos ler o captulo 7 do livro Hidrologia

Cincia e Aplicao.

Evapormetros:

So equipamentos para medio direta da evaporao, sendo os mais

conhecidos os tanques de evaporao, segundo Gangopadhyaya (1966) existem

27 tipos de tanques de evaporao. Estes tanques podem ser resumidos quatro

tipos: enterrados, superficiais, fixos e flutuantes. Mundialmente, o mais utilizado

o tanque classe A (Figura 5). A evaporao determinada pela multiplicao

de um fator, que varia de 0,6 a 0,8, pela lmina evaporada observada.

Figura 5- Tanque classe A (Fonte Villela & Mattos, 1975)

Nestes tanques medida diariamente a variao do volume dgua.

Equaes empricas:

So equaes que foram estabelecidas a partir de ajustamentos por

regresso das variveis que influenciam na evaporao. Algumas das mais

conhecidas so:

Equao de Meyer;

Equao de Penman;

Equao de Marciano e Harbeck.


4.3 - Evapotranspirao

A evapotranspirao a varivel que quantifica a evaporao no solo e

transpirao ocorrida em reas verdes (reas irrigadas, florestas, campos etc.).

Ela importante para o balano hdrico de bacias hidrogrficas, e tambm de

reas agrcolas, onde a necessidade de gua para irrigao de plantas

determinada.

Dois conceitos devem ser esclarecidos:

ETP Evapotranspirao potencial Quantidade de gua

transferida para a atmosfera por evaporao e transpirao, na

unidade de tempo, de uma superfcie extensa completamente

coberta de vegetao de por baixo e bem suprida de gua

(Penman, 1956);

ETR Evapotranspirao real Quantidade de gua transferida

para a atmosfera por evaporao e transpirao, nas condies

reais (existente) de fatores atmosfricos e umidade do solo. A

evapotranspirao real igual ou menos que a

evapotranspirao potencial (ETR


Figura 6 - Lismetro de drenagem

Medidas de umidade do solo:

Sucessivas umidade de umidade do solo permitem, por diferena,

estabelecer um valor de evapotranspirao na ausncia de precipitao e/ou

irrigao.

Mtodos baseados na temperatura (Mtodo de Blaney-Criddle):

Mtodo desenvolvido originalmente para estimativas de uso consuntivo em

regio semi-ridas, baseado na suposio de que a disponibilidade de gua para

a planta em crescimento um fator limitante:

ETP = (0,457.T + 8,13).p (2)

Em que:

ETP Evapotranspirao potencial (mm/ms);

T Temperatura mdia mensal do ar (0C);

p Porcentagem diria de horas de luz (tabelada).

A ETR (Evapotranspirao Real) pode ser ainda determinada considerando-

se um coeficiente, ou seja:

ETR = ETP.Kc (3)

Em que:

ETR Evapotranspirao real estimada para a cultura e local de

interesse;

Kc Coeficiente da cultura (tabelado).


4.4 - Vazo

Em geral, nos estudos dos recursos hdricos superficiais a vazo pode ser

considerada uma das variveis mais importantes, sendo esta a principal varivel

de sada do sistema (bacia ou sub-bacia hidrogrfica). A forma convencional de

monitoramento da vazo realizada de forma indireta, ou seja, atravs

medies de nveis ou cotas do curso dgua.

Convencionalmente, os nveis ou cotas dgua dos rios so medidos em

rguas linimtricas (Figura 7), graduadas em centmetros. A vazo ento

determinada atravs da uma curva-chave (Figura 8), onde para um determinado

nvel h uma vazo correspondente.

Figura 7 - Rgua linimtrica


y = 275,2e2,2631x

R2 = 0,9993

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75 0,80 0,85

Lmina d'gua

Vaz

o

pontos medidos Expon. (pontos medidos)

Figura 8 - Curva-chave de uma seo de um rio

O processo de instalao de um posto fluviomtrico e de construo da

sua curva-chave consiste em:

Escolha em carta plani-altimtrica de um ponto para medio,

considerando para tanto a rea da bacia hidrogrfica que se

deseja medir, facilidade de acesso seo, inexistncia de obras

hdricas a montante da seo, que possam comprometer as

medies, e verificao se o trecho do rio escolhido retilneo;

Ida a campo para verificao da seo escolhida na carta plani-

altimtrica, verificando assim se o acesso seo fcil e se a

seo transversal estvel;

Escolhida a seo de medio, a instalao do posto

fluviomtrico pode ser realizada, que composto das rguas

linimtricas (Figura 10) e/ou equipamento de medio

automatizado e, em alguns casos, de um sistema de

armazenamento dos dados medidos (Figura 11);

Uma vez o posto fluviomtrico instalado, podem ser iniciadas as

medies de vazes com auxlio de um molinete (Figura 9). Estas

medies devem ser realizadas com o rio em diferentes

situaes, ou seja, em perodos climticos distintos (seco, mdio


e chuvoso), para que se obtenha em diferentes nveis dgua as

vazes correspondentes, e que assim sejam determinados pares

ordenados para construo da curva-chave (Figura 8);

Com os valores de nvel dgua e vazo constri-se ento a

curva-chave (Figura 8), que relaciona valores de nveis e vazes;

Recomenda-se ainda que seja observada ao longo de um

determinado perodo a estabilidade da seo escolhida, pois caso

a seo transversal no seja estvel a curva-chave tambm no

ser.

Figura 9 - Molinete para medio de velocidade em rios

Figura 10 - Esquema de uma seo fluviomtrica simples


Figura 11 - Esquema de uma estao fluviomtrica (Sistema automatizado)

Medies de vazo podem ainda ser determinadas por outros mtodos

como os dispositivos de geometria regular (calhas Parshall ou vertedouros),

mtodo qumico, mtodo volumtrico, mtodo acstico ou ainda atravs da

medio com flutuadores.

4.5 - Nveis dgua de audes

Outra varivel importante de ser monitorada, com relao etapa

superficial do ciclo hidrolgico, variao do volume de reservatrios (audes).

Estes dados so importantes para a realizao de balanos hdricos, seja da

bacia hidrogrfica seja do prprio aude. A variao do volume de um aude no

pode ser medida diretamente, assim esta varivel determinada indiretamente

pela variao da lmina dgua do aude. Com esta lmina ou cota e com a

curva cota-rea-volume do aude determina-se o volume de gua armazenado

no aude. Para tanto, utiliza-se tambm a interpolao linear.

O caso do estado da Paraba, pouco mais de 120 audes tem o nvel

dgua monitorado diariamente. O sistema de monitoramento destes nveis

simplificado, porm de fundamental importncia para o conhecimento da

quantidade de gua acumulado no sistema de armazenamento do estado,

permitindo assim um gerenciamento e planejamento eficaz do sistema de

recursos hdricos como um todo.

A medio do nvel dgua realizada atravs de rguas linimtricas

instaladas nos audes, onde operadores da CAGEPA fazem a leitura do nvel


dgua uma vez por dia. A instalao destas rguas linimtricas feita de forma

semelhante a apresentada na Figura 10.

Para medio destes nveis ainda podem ser utilizados equipamentos de

medio automticos que medem a variao do nvel dgua atravs de sistemas

de bia e contra-peso semelhantes aos utilizados em estaes fluviomtricas.

5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

TUCCI C. E. M. (Organizador). Hidrologia Cincia e Aplicao. 1993. VILLELA, S. M; MATTOS, A. Hidrologia Bsica. 1971. RIGHETTO, A. M. Hidrologia e Recursos Hdricos, Editora da Escola de Engenharia de So Carlos. 1998. SANTOS, I.; FILL, H. D.; SUGAI, M. R. V. B.; BUBA, H.; KISHI, R. T.; MARONE, D.; LAUTERT, L. F. Hidrometria Aplicada. 2001.

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