hidr áulica e hidrologia aplicada à conserva ção da...
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Hersília de Andrade e Santos
HidrHidrááulica e Hidrologia ulica e Hidrologia aplicada aplicada àà conservaconservaçção da ão da
ictofaunaictofauna
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IntroduIntroduççãoão
MudanMudan çças nos usos as nos usos dos solo e dos dos solo e dos
recursos hrecursos h íídricosdricosMudanMudançças na as na
geomorfologiageomorfologia e na e na hidrologiahidrologia
MudanMudançças nas tais as nas tais com habitat com habitat
transporte de transporte de sedimentos e sedimentos e armazenagemarmazenagem
MudanMudançças nas as nas condicondiçções ões
hidrhidrááulicas dos riosulicas dos rios
MudanMudançça na populaa na populaçção ão (composi(composiçção e ão e distribuidistribuiçção), ão),
eutrofizaeutrofizaççãoão e e alteraalteraçções nos nões nos nííveis de veis de
áágua (superficial e gua (superficial e subterrâneo)subterrâneo)
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ConceitosConceitos
�Duas variáveis hidráulicas importantes
› Vazão;
› Pressão;
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VazãoVazãoVAQ =
Unidades de Vazão:
•Sistema Internacional (SI): m3/s
•l/min
•l/s
•m3/h
Onde A é a área transversal e V é a velocidade média
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Perfil de VelocidadesPerfil de Velocidades
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MediMediçção de Descargaão de Descarga
� Consiste em medir ao longo da largura:
› Profundidade;
› Velocidade média;
A medição pode ser feita a barco, a balsa, com carro aéreo ou sobre pontes;
Mede-se:
H > 1,2m � a 20% e 80% de H;
H < 1,2m � a 60% de H;
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CCáálculo da Descarga na Selculo da Descarga na Seçção ão TransversalTransversal
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MediMediçção de Vazãoão de Vazão
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Outros MOutros Méétodos de Meditodos de Mediçção de ão de DescargaDescarga
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Mas como Mas como éé medida a vazão no medida a vazão no Rio Amazonas?Rio Amazonas?
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Foz do AmazonasFoz do Amazonas
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Os locais de mediOs locais de mediççãoão
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AcousticAcoustic Doppler Doppler CurrentCurrent ProfilerProfiler(ADCP)(ADCP)
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AcousticAcoustic Doppler Doppler CurrentCurrent ProfilerProfiler(ADCP)(ADCP)
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MediMediçção de Cotaão de CotaCotas Linimétricas
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MediMediçção de Cotaão de Cota
� Duas leituras às 7 e 17 horas;
� A cota média diária é a média aritmética das cotas de 7 e 17 horas;
� As réguas linimétricas são niveladas periodicamente, partindo-se das cotas do RN’s;
� É usual estabelecer-se a cota altimétrica do zero das réguas, a partir de amarração a um RN altimétrico próximo;
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MediMediçção de Cotasão de Cotas
� Linígrafo de Flutuador: permite o registro gráfico contínuo da variação da cota;
� Esse registro é chamado linigrama, a partir do qual se obtem as cotas médias diárias, além das cotas máximas e mínimas para durações inferiores ao dia;
Cotas Linigráficas
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Curva ChaveCurva Chave
� É a relação entre o nível d’água (cota) de determinado rio e sua vazão naquela momento;
� Permite o cálculo da vazão apenas com a medição de nível d’água;
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Dados de VazãoDados de VazãoPonte Raul Soares no Rio das Velhas (41340000)Ponte Raul Soares no Rio das Velhas (41340000)
Ano Hidrológico de 10/95 a 09/96
Estação SecaEstação Chuvosa
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Qualidade da Qualidade da ÁÁgua Pluvial gua Pluvial
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Dados de vazão Dados de vazão –– Ponte Raul Soares Ponte Raul Soares no Rio das Velhas (41340000)no Rio das Velhas (41340000)
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Curva de PermanênciaCurva de Permanência
� Consiste na ordenação dos dados de vazões médias diárias, ao longo de um período de observação, em intervalos de classe;
� Indica a porcentagem do tempo em que uma determinada vazão foi igualada ou superada naquele período de observação;
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Uma indUma indúústria deseja se instalar prstria deseja se instalar próóxima a um curso dxima a um curso d’á’água e gua e lanlanççar o seu efluente no mesmo. Feito o estudo de ar o seu efluente no mesmo. Feito o estudo de autodepuraautodepuraçção e necessitando de uma vazão de diluião e necessitando de uma vazão de diluiçção 34 ão 34 mm33/s/s, qual , qual éé a porcentagem do tempo que a vazão do curso a porcentagem do tempo que a vazão do curso dd’á’água sergua seráá igual ou superior?igual ou superior?
79% do tempo
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Tipos de EscoamentoTipos de Escoamento
�Com relação ao tempo:
› Permanente;
› Transiente;
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Tipos de EscoamentoTipos de Escoamento
� Com relação ao espaço:
› Escoamento Uniforme;
› Escoamento Gradualmente Variado;
› Escoamento Bruscamente Variado.
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Escoamento UniformeEscoamento UniformeFFóórmula de rmula de ManningManning
� n = Rugosidade
� I = Declividade
� A = Área do canal
� Rh = Raio Hidráulico
Qn
AR Ih = 1 2 3 1 2/ /
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NNúúmero de mero de FroudeFroude
� Fr < 1 � Escoamento Subcrítico› Grandes profundidades
› Pequenas Velocidades
� Fr > 1 � Escoamento Supercrítico› Pequenas profundidades
› Grandes velocidades
hgy
VFr =
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Escoamento CrEscoamento Crííticotico
� Fr = 1 � Escoamento Crítico› É possível conhecer a vazão neste ponto de forma mias rápida
1==hgy
VFr
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Qual o objetivo da RetificaQual o objetivo da Retificaçção e ão e da Canalizada Canalizaçção dos Cursos ão dos Cursos DD’’AguaAgua ??
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São PauloSão PauloProjeto Projeto ““SaturninoSaturnino de Britode Brito””, 1925, 1925
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Belo HorizonteBelo Horizonte
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RecifeRecife
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PressãoPressão
� Tipos de pressão:
› Pressão estática;
› Pressão cinética;
› Carga de Posição;
� Unidade de pressão:
› SI: Pa;
› mca;
› Kgf/cm2;
› PSI
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PressãoPressão
� Equação de Bernoulli
γγ1
22
21
12
1 2
1
2
1 pzV
g
pzV
g++=++
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Impactos aos cursos dImpactos aos cursos d’á’águagua
� Barragens;
� Retificações ou Canalizações;
� Alteração no uso e ocupação das bacias hidrográficas;
� Supressão de Mata Ciliar;
� Lançamento Concentrado de Esgoto e Lixo;
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Supressão de Mata CiliarSupressão de Mata Ciliar
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LanLanççamento Concentrado de amento Concentrado de Esgoto e Lixo;Esgoto e Lixo;
LixodutoLixodutoRio = conduto de Rio = conduto de áágua, esgotos, lixogua, esgotos, lixo
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LanLanççamento Concentrado de amento Concentrado de Esgoto e Lixo;Esgoto e Lixo;
Rios urbanos = depRios urbanos = depóósito de lixosito de lixo
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Reservatório de amortecimento Limoeiro – S. Paulo
LanLanççamento amento Concentrado de Concentrado de Esgoto e Lixo;Esgoto e Lixo;
Rio de JaneiroRio de JaneiroRio Rio ViegasViegas, 2003, 2003
MaceiMaceióó
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LanLanççamento Concentrado de amento Concentrado de Esgoto e Lixo;Esgoto e Lixo;
S. PauloS. Paulo
ManausManaus
S. AndrS. Andréé
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Erosão e AssoreamentoErosão e Assoreamento
São Carlos, SPSão Carlos, SP
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Rio Água Quente Rio Água Quente –– S. Carlos, SPS. Carlos, SP
Erosão e AssoreamentoErosão e Assoreamento
ColetorColetor--tronco Gregório tronco Gregório –– S. Carlos, SPS. Carlos, SP
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Erosão em Erosão em áárea urbanizadarea urbanizada
Rondonópolis, MTRondonópolis, MT
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Efeitos destes impactos sobre Efeitos destes impactos sobre a faunaa fauna
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SoluSoluçções Propostas pela ões Propostas pela EngenhariaEngenharia
Diagnóstico das condições atuais do curso d’água
�
Proposição das Obras de Intervenção
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DiagnDiagnóóstico dos cursos dstico dos cursos d’á’águagua
� Levantamento dos Macrohabitats;
� Mapeamento das encostas com erosão / assoreamento e das áreas com mata ciliar suprimida;
� Levantamento das características hidráulicas escoamento (Em campo ou através de simulação numérica);
Comparação:
Trecho preservado x Trecho impactado
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MacrohabitatsMacrohabitats
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MacrohabitatsMacrohabitats
� Trechos Rasos com , água turbulenta e parte do substrato aparente.
� Substrato normalmente édominado por seixos grandes (até 30 cm).
Riffle
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MacrohabitatsMacrohabitats
Cascade
� Riffle com degraus, consistindo de pequenas quedas d’água e poços rasos.
� Substrato normalmente são seixos grandes (até30 cm) e lajes lisas (“bedrock”)
![Page 50: Hidr áulica e Hidrologia aplicada à conserva ção da …labs.icb.ufmg.br/benthos/index_arquivos/pdfs_pagina/Curso... · Hersília de Andrade e Santos Hidr áulica e Hidrologia](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052919/5bab3de409d3f279368b6af8/html5/thumbnails/50.jpg)
MacrohabitatsMacrohabitats
Bedrocksheet
� Uma fina lâmina de água escorrendo sobre uma superfície muito fina.
� Inclinação variável.
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MacrohabitatsMacrohabitats
Glide
� Largo e uniforme canal.
� Escoamento de baixa a moderada velocidade, sem pronuciadasturbulências.
� Substrato consiste de seixos, cascalhos e areia.
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MacrohabitatsMacrohabitats
Run
� Rápido trechos de escoamento com pequenas agitação na superfície. Não apresenta maiores obstruções ao escoamento.
� Assemelha-se a rifflesafogados.
� O substrato consiste de cascalho, seixos e grandes pedras.
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MacrohabitatsMacrohabitats
Step Run
� Seqüência de runsseparados por pequenos degraus.
� Substrato é usualmente seixos e pedras grandes.
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MacrohabitatsMacrohabitats
Pool
� Áreas profundas no meio do canal
� Substrato variado;
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MacrohabitatsMacrohabitats
� Recirculações que ocorrem devido a presença de pedras, troncos próximos as margens.
![Page 56: Hidr áulica e Hidrologia aplicada à conserva ção da …labs.icb.ufmg.br/benthos/index_arquivos/pdfs_pagina/Curso... · Hersília de Andrade e Santos Hidr áulica e Hidrologia](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052919/5bab3de409d3f279368b6af8/html5/thumbnails/56.jpg)
MacrohabitatsMacrohabitats
![Page 57: Hidr áulica e Hidrologia aplicada à conserva ção da …labs.icb.ufmg.br/benthos/index_arquivos/pdfs_pagina/Curso... · Hersília de Andrade e Santos Hidr áulica e Hidrologia](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052919/5bab3de409d3f279368b6af8/html5/thumbnails/57.jpg)
SeSeçção Transversal do Rioão Transversal do Rio
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Mapeamento das encostas Mapeamento das encostas com erosão /assoreamentocom erosão /assoreamento
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Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas
� Velocidade;
� Profundidade;
� Área Transversal;
� Perímetro Molhado; Raio Hidráulico
Froude
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Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas
� Campo;
� Simulação Numérica;
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Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas
� Simulação Numérica:- Software River 2D (produzido pela
Universidade de Alberta) e trabalha com método das diferenças finitas;
- 1a Parte: Interpolação dos pontos topográficos e Delimita as condições de contorno;
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Topografia do Rio das VelhasTopografia do Rio das Velhas
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Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas
� Simulação Numérica:- 2a Parte: Geração da malha e
Determinação das Condições de entrada e saída;
![Page 64: Hidr áulica e Hidrologia aplicada à conserva ção da …labs.icb.ufmg.br/benthos/index_arquivos/pdfs_pagina/Curso... · Hersília de Andrade e Santos Hidr áulica e Hidrologia](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052919/5bab3de409d3f279368b6af8/html5/thumbnails/64.jpg)
Malha gerada para o Rio das Malha gerada para o Rio das VelhasVelhas
![Page 65: Hidr áulica e Hidrologia aplicada à conserva ção da …labs.icb.ufmg.br/benthos/index_arquivos/pdfs_pagina/Curso... · Hersília de Andrade e Santos Hidr áulica e Hidrologia](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052919/5bab3de409d3f279368b6af8/html5/thumbnails/65.jpg)
Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas
� Simulação Numérica:- 3a Parte: Simulação (regime permanente
ou transiente) e cruzamento dos resultados de velocidade, profundidade e substrato com as curvas de preferência de peixes, bentos...;
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Escoamento do Rio da VelhasEscoamento do Rio da Velhas
Velocity
0.00
0.37
0.34
0.30
0.26
0.22
0.19
0.15
0.11
0.07
0.04
0.00Velocity1.0 m/s
Distance
10.0 m
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Levantamento das Levantamento das caractercaracteríísticas hidrsticas hidrááulicasulicas
� Simulação Numérica:- Produção de Vários Cenários de Vazão
(Seca e Cheia);
- Produção de Cenários antes das Obras de Revitalização e depois da construção;
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Obras de Obras de RevitalizaRevitalizaççãoão
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Obras de RevitalizaObras de Revitalizaççãoão
� Funções gerais:› Recriar habitats aquáticos perdidos com assoreamento;
› Reconduzir o escoamento de forma a reduzir a erosão das margens desprotegidas;
› Recuperar margens erodidas e assoreadas;
› Propiciar o desenvolvimento inicial da mata ciliar;
� Tipos:› Estruturas dentro das calhas dos rios;
› Estruturas nas margens dos rios;
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Pequenas barragens e Pequenas barragens e vertedoresvertedores
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Pequenas barragens e Pequenas barragens e vertedoresvertedores
![Page 72: Hidr áulica e Hidrologia aplicada à conserva ção da …labs.icb.ufmg.br/benthos/index_arquivos/pdfs_pagina/Curso... · Hersília de Andrade e Santos Hidr áulica e Hidrologia](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052919/5bab3de409d3f279368b6af8/html5/thumbnails/72.jpg)
FUNÇÕES
� Aumentar a variação da velocidade com a formação de Rápidos;
� Propiciar habitat em locais inclinados e com velocidade altas;
� Aumentar o número de piscinas;
� Facilitar o acúmulo de cascalho;
� Aumentar o nível d’água;
� Aumentar o choque entre fluxos;
� Capturar sedimentos finos;
� Oxigenar a água;
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Galhos empacotadosGalhos empacotados
![Page 74: Hidr áulica e Hidrologia aplicada à conserva ção da …labs.icb.ufmg.br/benthos/index_arquivos/pdfs_pagina/Curso... · Hersília de Andrade e Santos Hidr áulica e Hidrologia](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052919/5bab3de409d3f279368b6af8/html5/thumbnails/74.jpg)
FUNÇÕES
� Reparar buracos de aproximadamente 1,5m de largura e profundidade em locais pouco inclinados;
� Produzir uma barreira filtradora e prevenir a erosão;
� Estabilizar rapidamente a vegetação da margem;
� Proporcionar condições para colonização pela vegetação nativa;
� Aumentar a coesão do solo.
![Page 75: Hidr áulica e Hidrologia aplicada à conserva ção da …labs.icb.ufmg.br/benthos/index_arquivos/pdfs_pagina/Curso... · Hersília de Andrade e Santos Hidr áulica e Hidrologia](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052919/5bab3de409d3f279368b6af8/html5/thumbnails/75.jpg)
ProteProteçção com pedras, raão com pedras, raíízes e zes e torastoras
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FUNÇÕES:
� Usado para estabilização e para criação de estruturas que melhoram as condições para reprodução de peixes e habitats aquáticos;
� Diminui a velocidade, o que resulta em maior deposição de sedimentos e na formação de piscinas;
� Eficaz em meandros;
� Suporta altas tensões se estiverem bem ancoradas;
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JacksJacks fieldsfields
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FUNÇÕES:
� Controle de erosão em cursos meândricosonde existe o transporte de materiais do leito durante os períodos de cheia.
� Coletam sedimentos grossos e finos;
� Não redireciona o fluxo.
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Mecanismos de TransposiMecanismos de Transposiçção de ão de PeixesPeixes
� Em toda a América Latina, o número de mecanismos de transposição de peixes construídos vem aumentando consideravelmente.
� Seguindo padrões de estruturas desenvolvidas e construídas em países da América do Norte e Europa (Quirós, 1989);
Escadas
Elevadores• Tais mecanismos recentemente começaram a serem avaliados em termo de eficiência (Pompeu, 2007; Oldani e Baigun, 2002);
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DiagnDiagnóóstico do Rios das Velhas stico do Rios das Velhas Trecho Rio AcimaTrecho Rio Acima
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ComparaComparaçção com Três Rios ão com Três Rios Bem PreservadosBem Preservados
Rio das VelhasRio das Velhas
Rio CipRio Cipóó
Rio Rio CurimataiCurimatai
Rio Pardo GrandeRio Pardo Grande
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ResultadosResultadosVelocidade por Rio
VelhasCipó
Pardo GrandeCurimataí
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
Vel
ocid
ade
Média +DP Min-Max
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ResultadosResultados
Box Plot (Spreadsheet1 10v*734c)
Mean ±SD Min-Max
Curimataí 1Curimataí 2
Pardo Grande 1Pardo Grande 2
Cipó 1Cipó 2
Velhas 1Velhas 2
rio
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,8ve
loci
dade
méd
ia
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ResultadosResultados
Profundidade por Rio
VelhasCipó
Pardo GrandeCurimataí
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0P
rofu
ndid
ade
Média +DP Min-Max
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ResultadosResultadosFroude por Rio
VelhasCipó
Pardo GrandeCurimataí
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50F
roud
e
Média +DP Min-Max
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ResultadosResultados
Largura Máxima / Profundidade Máxima por Rio
CurimataíVelhas
CipóPardo Grande
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180la
rg. m
ax /
prof
. max
Média +DP Min-Max
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ResultadosResultadosInverso do Raio Hidráulico por Rio
CurimataíVelhas
CipóPardo Grande
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
81/
Rh
Média +DP Min-Max
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MacrohabitatsMacrohabitats
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SimulaSimulaççãoãoBed Elevation
737.94
775.88
772.08
768.29
764.49
760.70
756.91
753.11
749.32
745.52
741.73
737.94
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ProfundidadeProfundidade
X
Y
7777372.967
7776944.843
626628.059625985.461
Depth
0.00
3.78
3.40
3.03
2.65
2.27
1.89
1.51
1.13
0.76
0.38
0.00Distance
10.0 m
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VelocidadeVelocidade
X
Y
7777372.967
7776944.843
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Velocity
0.00
9.94
8.94
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6.96
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