CC54Z - Hidrologia
Precipitação: definição, métodos de medição e grandezas características
Prof. Fernando Andrade
Curitiba, 2014
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
• Definir a importância da precipitação
• Analisar os mecanismos de formação da chuva
• Conhecer os equipamentos de medição de precipitação
• Introduzir as grandezas características da precipitação (duração, intensidade e frequência) e sua variabilidade espacial e temporal
Objetivos da aula
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Definição e importância
da precipitação
• Água da atmosfera que atinge a superfície da Terra na forma de chuva, granizo, neve, orvalho, neblina ou geada [1]
• É a única forma de entrada de água em uma bacia hidrográfica (fornece subsídios para a quantificação da hidrologia)
• A chuva é a causa mais importante dos processos hidrológicos de interesse da engenharia e é caracterizada por uma grande aleatoriedade espacial e temporal
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Atmosfera
• A maior parte do ar atmosférico (e do vapor de água) encontra-se na camada chamada troposfera (10 a 12 km)
• A temperatura entre o nível do mar e altitudes na troposfera varia aproximadamente 6,5 ºC a cada quilômetro
• O gradiente de temperatura, a rotação da Terra, as propriedades físicas e químicas do vapor de água determinam a circulação da água na atmosfera
• A hidrometeorologia é a ciência que estuda essas questões
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Àgua da atmosfera
• A água existente na atmosfera está, em sua maior parte, na forma de vapor ( 4% do ar atmosférico) [2]
• A quantidade máxima de vapor que pode ser contida na atmosfera sem condensar é a concentração de saturação (Cs)
• Cs a 20ºC é de aproximadamente 20 g/m3 (quantidades superiores a esta acabam condensando)
• Cs diminui com a diminuição de temperatura do ar (aumento da altitude)
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Tipos de chuvas
• Chuvas frontais: encontro de duas massas de ar, uma fria e uma quente, que é empurrada para cima onde resfria e condensa
• As massas de ar são lentas e possuem centenas de quilômetros de extensão
• Chuvas frontais têm uma intensidade relativamente baixa e uma duração longa. Podem atingir o mesmo local por vários dias seguidos.
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Tipos de chuvas
• Chuvas orográficas: ocorrem em regiões
em que um grande obstáculo do relevo,
como uma cordilheira ou serra muito alta,
impede a passagem de ventos quentes e
úmidos, que sopram do mar, obrigando o
ar a subir
• No Brasil as chuvas orográficas ocorrem
especialmente ao longo da Serra do Mar
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Tipos de chuvas
• Chuvas convectivas: ocorrem pelo aquecimento de massas de ar, relativamente pequenas, que estão em contato direto com a superfície quente dos continentes e oceanos
• Os processos convectivos produzem chuvas de grande intensidade e de duração curta. Problemas de inundação em áreas urbanas estão, muitas vezes, relacionados às chuvas convectivas
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Medição da precipitação
• Pluviômetro: recipiente para coletar a água
precipitada com algumas dimensões
padronizadas
• Forma cilíndrica com uma área de
captação da chuva de 400cm2: o volume
de 40ml de água acumulado no
pluviômetro corresponde a 1 mm de chuva
• O pluviômetro é instalado a uma altura
padrão de 1,50m do solo
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Medição da precipitação
• Pluviógrafo: pluviômetros adaptados para realizar medições de forma automática, registrando os dados medidos em intervalos de tempo inferiores a um dia
• Radar: emissão de pulsos de radiação eletromagnética que são refletidos pelas partículas de chuva na atmosfera
• Satélite: estimativas da precipitação a partir de imagens obtidas por sensores instalados em satélites
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Grandezas características
da precipitação
• Altura (ou lâmina) precipitada: é a espessura média da lâmina de água que cobriria a região atingida se esta fosse plana e impermeável (i.e., mm)
• Duração: é o período de tempo durante o qual a chuva cai
• Intensidade: é a altura precipitada dividida pela duração da chuva (i.e., mm/h)
• Frequência: é a quantidade de ocorrências de eventos iguais ou superiores ao evento considerado
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Variabilidade sazonal
• Tendência da variação da precipitação
com os meses (ou estações) do ano
• Mês seco é aquele que apresenta
precipitação abaixo da média anual
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Frequência
• Em uma série de dados, uma frequência pode ser associada a cada intervalo de precipitação
• Assim, podemos calcular a probabilidade de ocorrência de um limite de precipitação com base na série histórica
• Tempo de retorno TR é o inverso da probabilidade
TR=1/p
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Exemplo
• ****
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• Com base na série histórica de registros diários de precipitação, calcule a frequência em que os eventos são ultrapassados, a probabilidade de ocorrência e o tempo de retorno
Variabilidade Espacial
• A chuva caracteriza-se por uma grande variabilidade espacial [3]
• A forma de representar a variabilidade espacial da chuva para um evento (i.e., diário, mensal, anual) são as linhas de mesma precipitação desenhadas sobre um mapa (isoietas)
• As isoietas são obtidas por interpolação dos dados pluviométricos e podem ser traçadas de forma manual ou automática
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Chuva média numa área
• Os dados de chuva dos pluviômetros referem-se a uma área de coleta quase pontual (400 cm2)
• Porém, o maior interesse na hidrologia é por chuvas médias que atingem uma região ampla, como a bacia hidrográfica
• O cálculo da chuva média sobre regiões amplas pode ser realizado por métodos de interpolação, como o da média aritmética e o método de Thiessen
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Chuva numa bacia:
média de Thiessen
• No método de Thiessen, ou método do vizinho mais próximo, é definida a área de influência de cada posto fluviométrico
• É calculada uma média ponderada da precipitação com base nestas áreas de influência
• Onde ai é a fração de área da bacia sob influência do posto i e Pi é precipitação medida no posto i
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n
1i
ii PaP
Chuva numa bacia:
Método de Thiessen
41
50 mm
120 mm
70 mm
75 mm 82 mm
40%
30%
15%
10%
5%
82.1,075.05,050.3,070.4,0120.15,0P
Referências bibliográficas
[1] TUCCI, C. E. M.. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre. Editora da Universidade, 4 ed. 2009
[2] PINTO, N. et al.. Hidrologia básica. São Paulo. Editora Edgard Blucher, 1976
[3] VILLELLA, S. M., MATTOS, A.. Hidrologia aplicada. São Paulo. Editora McGraw Hill do Brasil, 1975