Ecc007 Engenharia De Construção Civil Ecc043 – Hidrologia Geral Autor: Saturnno Ferreira Gomes Objetivos E Competências Visadas

ECC007 Engenharia de Construção Civil

ECC043 – HIDROLOGIA GERAL Autor: Saturnno Ferreira Gomes Objetivos e competências visadas

Desenvolvimento de competências para a compreensão dos fenómenos que regem os processos hidrológicos e a sua aplicação ao dimensionamento de obras de engenharia civil. Sinopse

O processo hidrológico. Ciclo hidrológico. Bacia hidrográfica. Características físicas da bacia hidrográfica. Circulações atmosféricas. Precipitação. Forma e tipos. Medidas pluviométricas. Precipitação média. Análise de chuvas intensas. Relação Intensidade-DuraçãoFrequência. Infiltração das águas das chuvas.

Escoamentos superficiais. Evaporação e Evapotranspiração. Análise hidrológica. Método do Diagrama Unitário. Análise de frequências. Previsão de cheias. Períodos de retorno. Métodos estatísticos. Caudal de projeto. Transporte de sedimentos. Avaliação= (( Trabalho de Grupo)/2 + (um teste)/2) PROGRAMA DA DISCIPLINA

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1 Conceito de Hidrologia 1.1.1. Definição e Historia da Hidrologia 1.1.2. Elementos Básicos da Hidrologia 1.1.3. Ciclo Hidrológico. 1.1.4. Balanço Hídrico. 1.1.5. Exemplo de Balanço Hídrico.

1.2. Conceito de Bacia Hidrográfica. 1.2.1. Definição e Generalidades. 1.2.2. Fatores que Afetam a Hidrologia. 1.2.3. Bacia Hidrográfica. 1.2.4. Bacia Hidrográfica e os Sistemas Estratégicos. 1.2.5. Servições Ambientais. 1.3. Caraterísticas das Bacias Hidrográfica 1.3.1. Caraterísticas das Redes de Drenagem. 1.3.2. Padrões de Drenagem. 1.3.3. Caraterísticas da Área de Captação (vertentes) 1.3.4. Classificação das Bacias Hidrográficas

2. UNIDADE 2 – PRECIPITAÇÃO 2.1. A Precipitação. 2.1.1. Conceito de Precipitação. 2.1.2. Composição da Atmosfera. 2.1.3. A Troposfera. 2.1.4. Humidade Relativa. 2.1.5. Caraterísticas da Precipitação.

2.2. 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.4. 2.2.5. 2.3. 2.3.1. 2.3.2. 2.3.3.

Variáveis de um Aguaceiro. Generalidades. Variáveis. Medição de Precipitação. Construção de um Histograma. Construção de Curva de Massas. Processamento de Dados Generalidades Método de polígono de Thiessen e das Isoietas. Curvas de Intensidade Duração de Frequência

3. UNIDADE 3 - INFILTRAÇÃO. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.

Generalidades Modelo de Infiltração Medição de Infiltração Agua em Zona Saturada e não saturada Medição da Humidade do Solo.

4. UNIDADE 4 - CONTROLO DAS INUNDAÇÕES 4.1. População Urbana 4.2. Enchentes Urbanas 4.2.1. Áreas Ribeirinha 4.2.2. Inundações Devido á Urbanização 4.2.3. Inundações Localizadas 4.2.4. Consequências da Urbanização 4.2.4.1. Sobre o Regime Hidrológico 4.2.4.2. Sobre a Ocupação do Solo 4.2.4.3. Sobre Comportamento e Cultura das Populações 4.2.4.4. Sobre a Disputa por Recursos Financeiros

4. UNIDADE 4 - CONTROLO DAS INUNDAÇÕES 4.2.4.5. Sobre o Comportamento Politico e Administrativo 4.3. Drenagem Urbana 4.3.1. Conjunto de Obras e Medidas e os Objetivos Principais. 4.3.2. O papel da Drenagem Urbana nos Centros Urbanos 4.3.2.1. Micro e Macro Drenagem. 4.4. Medidas Estruturais e Não – Estruturais 4.5. Zoneamento de Várzeas de Inundação 4.5.1. Zonas de Escoamento. 4.6. Planos Diretores De Água e Saneamento numa Perspetiva Hidrológica em C. Verde 4.7. Experiencias das Cidade em Cabo Verde.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1 Conceito da Hidrologia

A

Hidrologia

trata

da

ocorrência,

circulação

e

distribuição da água na Terra, das suas propriedades físicas e químicas, da sua interação com o meio, de acordo com a definição apresentada em 1982 pela

Organização Meteorológica Mundial e que é aceite de forma generalizada.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA A Hidrologia da Engenharia (Engineering Hydrology na

terminologia inglesa corrente) é uma parte restrita da Hidrologia

que

inclui

as

áreas

pertinentes

ao

planeamento, projeto e exploração de obras de

engenharia visando o controlo e a utilização da água para satisfação das necessidades humanas. O seu enfoque é, por isso, o da aplicação da ciência na solução de problemas de engenharia.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.1 Breve referência à História da Hidrologia  A Hidrologia na Antiguidade Oriental (Egipto, Mesopotâmia, China)  A civilização egípcia floresceu à volta do Nilo. Para além das extensivas obras de irrigação do tempo dos Faraós, há a referir a barragem de SaadEl-Kafara, datada de cerca de 2800 a.c. e cujos encontros permaneceram até aos nossos dias.  A importância dada à água, em particular às obras de irrigação e controle de cheias, na China Antiga era tão grande que, diz a lenda, um engenheiro que dirigiu grandes obras hidráulicas acabou por se tornar o imperador Yü, o Grande.  A Mesopotâmia (nome que significa "entre rios") era uma região fértil, atravessada pelos rios Tigres e Eufrates, ambos de regime muito irregular, obrigando a grandes cuidados com os diques de proteção contra cheias e obras de irrigação. Essa preocupação aparece bem explícita no famoso Código de Hamurabi, imperador da Babilónia (cerca de 1700 a.c.)

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.1 Breve referência à História da Hidrologia  A Hidrologia na Antiguidade Clássica - Grécia e Roma As primeiras tentativas de explicação da circulação da água (donde surgem os rios?) aparecem com os filósofos gregos. Platão apresenta o conceito dum mar subterrâneo (Tartarus) com inúmeras ligações à superfície, dando origem aos rios, lagos e mares.

 A Hidrologia na Idade Média

A Idade Média na Europa foi dominada ideologicamente pela Igreja que se opôs fortemente à pesquisa experimental. Foi um período de cerca de 13 séculos de fraco desenvolvimento científico com o correspondente reflexo na Hidrologia.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.1 Breve referência à História da Hidrologia  A Hidrologia no Renascimento - Século XVI O Renascimento corresponde ao desabrochar definitivo do pensamento científico e da experimentação. A partir do século XVI, a Hidrologia, com as ciências irmãs da Hidráulica e da Meteorologia não parou de se desenvolver. Bernard Palissy, um cientista francês, apresentou a primeira formulação clara e completa do ciclo hidrológico, baseada em observações. Apresentou também ideias sobre o escoamento subterrâneo.  A Hidrologia no Século XIX A ciência da Hidrologia avançou muito rapidamente durante o século XIX Em termos de conceptualização teórica, os marcos mais significativos a registar são: - o estudo de perfis de velocidade em canais, por Darcy e Bazin; - a equação de Manning para o cálculo de caudais em escoamentos turbulentos uniformes;

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.1 Breve referência à História da Hidrologia  A Hidrologia no Século XIX

- a fórmula racional para a determinação de caudais de cheia, por Thomas Mulvaney; - a teoria do escoamento em meio poroso por Darcy, Dupuit, Thiem e Forcheimer; - o diagrama de Rippl para cálculo de capacidades de albufeiras; - a fórmula de Hagen – Poiseuille para o escoamento laminar.  A Hidrologia na atualidade Ven Te Chow considerou três períodos para caracterizar o desenvolvimento da Hidrologia no século XX até à atualidade:  período do empirismo (1900-1930) • período da racionalização (1930-1950) • finalmente, um período de teorização (1950 - )

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.1 Breve referência à História da Hidrologia  A Hidrologia na atualidade Ven Te Chow considerou três períodos para caracterizar o desenvolvimento da Hidrologia no século XX até à atualidade:

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA A Hidrologia pode ser tanto uma ciência como um ramo da engenharia e tem muitos aspetos em comum com a meteorologia, geologia, geografia, agronomia, engenharia ambiental e a ecologia. A Hidrologia utiliza como base os conhecimentos de hidráulica, física e estatística.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.2. Elementos Básicos da Hidrologia A distribuição da água na natureza, seja nas camadas superiores da atmosfera, na superfície da terra ou nos

horizontes subterrâneos do solo é estudado pela ciência da hidrologia, bem como métodos ou sistemas disponível

quantitativa

para

a

avaliar

de

magnitude

forma

do

qualitativa

fenômenos

ou

físicos

associados ao movimento e distribuição dessas águas.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA A hidrologia como um todo depende do clima que é o resultado

da influência exercida pelos fatores, umidade, temperatura, luz solar, vento, pressão atmosférica e cuja manifestação diária constitui o tempo. Em qualquer lugar as variáveis atmosféricas ou fatores climáticos variam, de acordo com o região geográfica, topografia, proximidade das serras, mares, solos, vegetação, homem e tempo. Portanto, de acordo o exposto a cima, surgem então, os macro e

microclimas.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA

Em conclusão, a hidrologia é influenciada, pela a parte do ambiente chama de clima, tem uma natureza muito complexa e depende de variáveis atmosféricas, dentre as quais as mais importantes: são a umidade, temperatura e luz solar.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.3. Ciclo Hidrológico. O conceito de ciclo hidrológico

é extremamente útil para se iniciar o estudo da Hidrologia. O ciclo hidrológico pode ser descrito como um conjunto de arcos que representam os diversos caminhos através dos quais a água na natureza circula e se transforma, constituindo um sistema de enorme complexidade.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA

1.1.3. Ciclo Hidrológico.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.3. Ciclo Hidrológico

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.3. Ciclo Hidrológico

O ciclo hidrológico não tem início ou fim mas é habitual partir-se da evaporação da água dos oceanos e sua incorporação na atmosfera. O vapor de água resultante da evaporação nos oceanos acumula-se na atmosfera e é transportado por massas de ar em movimento. Sob condições adequadas, o vapor condensa-se para formar nuvens que, por sua vez, podem dar origem a precipitação, quer sobre a terra quer sobre os oceanos.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.3. Ciclo Hidrológico

A precipitação que cai sobre a terra pode seguir caminhos diversos: - parte evapora-se durante a queda; - parte é intersetada por árvores, vegetação ou telhados de casas e volta a evaporar-se; parte atinge a superfície do solo, infiltrando-se ou ficando retida em depressões superficiais.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.3. Ciclo Hidrológico A parte retida em depressões

superficiais divide-se numa componente que se evapora e noutra que origina escorrimento superficial. A parte que se infiltra contribui, por um lado, para alimentar o processo de transpiração das plantas e de evaporação a partir do solo; por outro, por efeito da gravidade, vai alimentar os aquíferos de água subterrânea.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.3. Ciclo Hidrológico As águas subterrâneas contribuem para alimentar a vegetação, a evaporação a partir do solo e os escoamentos dos rios. Por efeito da gravidade, parte das águas subterrâneas vai ter diretamente ao oceano. O escorrimento superficial sobre o solo dá origem a linhas de água que se fundem em rios os quais, devido à gravidade, vão descarregar no oceano, alimentando no seu percurso lagos, pântanos e albufeiras.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.3. Ciclo Hidrológico Em todo este processo, há continuamente evaporação da água da mesma forma que pode haver precipitação diretamente sobre os rios e lagos. Também os rios contribuem muitas vezes para alimentar os aquíferos de água subterrânea com que comunicam.

1. UNIDADE 1 – CONCEITOS BÁSICOS DE HIDROLOGIA 1.1.3. Ciclo Hidrológico Com

a

descarga

da

água

no

oceano por escoamento superficial ou escoamento subterrâneo fecha se o ciclo hidrológico. O "motor“ deste ciclo é a energia solar que, no processo de passagem de partículas

de

água

para

atmosfera

por

evaporação, lhes transmite a energia potencial necessária para o seu

regresso ao oceano, atuadas pela gravidade a partir da precipitação.

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