Medição de vazão em cheias de bacias urbanas e rurais com molinetes hidrométricos e flutuadores superficiais.

• Ano de defesa: 2002
• Autor(a) principal: Lobo, Gré de Araujo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Applied mathematics; Hidrometria; Hydrometry; Matemática aplicada
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3147/tde-11032025-081914/

As soluções dos problemas hidrológicos relativos ao meio urbano, nos países em desenvolvimento, envolvem a necessidade de conhecimento dos aspectos qualitativo e quantitativo de suas águas superficiais. A determinação de parâmetros hidrológicos locais através da medição de vazões líquidas a baixo custo e com metodologias simples, portanto, assume importante papel nesse processo. Pouca atenção tem sido dada no Brasil à hidrometria de vazões em áreas urbanas e os projetos, tais como os de reservatórios de amortecimento de cheias, têm sido feitos baseados em escassas informações. Em áreas urbanas as altas velocidades e rápidas variações de nível e velocidade impedem o uso de metodologias tradicionais de medição. É comum a impossibilidade de imersão do molinete hidrométrico na água, devido à ocorrência de velocidades maiores que 5 m/s. O uso conjugado de molinetes hidrométricos e flutuadores superficiais pode resolver satisfatoriamente esse problema em várias situações de áreas urbanas, através da aplicação de três metodologias: a) o método das verticais fixas; b) o modelo de maximização de entropia de CHIU; c) o uso de flutuadores superficiais, lançados somente no filão central do escoamento. A metodologia desenvolvida faz uso de molinetes e flutuadores em cotas baixas e médias, até onde possível, de modo a definir padrões locais de escoamento, utilizando concomitantemente as três metodologias. Em cotas mais altas, e portanto com maiores velocidades, ouso de flutuadores superficiais permite a definição dos hidrogramas de enchente. No método das verticais fixas as medições são feitas continuamente de margem a margem, durante todo o evento de cheia, em verticais pré-definidas, até a estabilização das cotas. Outras medições são feitas em outros eventos. A amostragem obtida permite a definição de curvas - chave específicas para cada vertical. ) A soma de todas essas curvas-chave resulta na curva-chave geral para a seção estudada. Neste método, muito pouco citado na bibliografia e sistematizado nesta tese, consegue-se diminuir bastante a incerteza causada pela rapidez de variação de cotas e velocidades ao se utilizar o método tradicional 0,2 / 0,6 / 0,8 h, pois as medidas de velocidade e cotas podem ser consideradas praticamente instantâneas. A aplicação da metodologia a dois casos mostrou que a aplicação é viável nos casos mais favoráveis, ou seja, canais de seção regular, situados em trechos retos e sem pilares. A utilização do modelo de maximização da entropia de CHIU (1988, 1989) em canais de áreas urbanas é viável também nestes casos mais favoráveis de trechos retos. A aplicação desta metodologia a rios situados em áreas rurais pode ser feita desde que se verifique previamente sua aplicabilidade à seção em estudo. Nestes casos, mesmo a utilização do método tradicional 0,2 / 0,6 / 0,8 h deve ser precedida de uma verificação. O objetivo principal nesta tese foi definir a posição transversal da verticalde referência para a amostragem de velocidades, dado que o método é probabilístico. A análise de quatro casos, dois em área urbana e dois em área rural, mostra que a vertical de referência deve estar localizada na região central do canal, nas proximidades da vertical de maior velocidade da seção. A utilização de verticais situadas próximas a qualquer das margens pode ou não levar a erros significativos na determinação dos parâmetros do modelo e na vazão, dependendo da rugosidade das margens e sinuosidade em planta do trecho de canal. A existência de singularidades, tais como pilares, diminui as velocidades locais, podendo levar também a erros significativos. ) Em canais urbanos, com relação B / P (largura / profundidade média) variando entre situações de canal largo (B / P > 10), canal estreito bidimensional (3 < B / P < 10) e canal estreito com escoamento tridimensional (B / P < 3), verificou-se ser viável a aplicação da metodologia de CHIU. Foi desenvolvido nesta tese um programa com fins didáticos, visando introduzir aqueles acostumados à hidrometria tradicional ao uso da metodologia probabilística. O programa é feito de modo a visualizar os pontos medidos, com execução também visual da consistência, dado não existirem ainda critérios analíticos abrangentes para isto. O modelo de CHIU pode ser comprovadamente aplicado a canais livres ou sob pressão, com fundo plano, côncavo ou convexo, e a escoamentos com ou sem sedimentos em suspensão. É, portanto,um modelo versátil. Sugere-se acelerar a execução de trabalhos e pesquisas a respeito do parâmetro de entropia M por ser assunto bastante promissor para a hidráulica e hidrologia aplicadas. Os flutuadores superficiais, nesta tese utilizados de forma inédita, com lançamento no filão principal de escoamento, foram aplicados a postos fluviométricos de áreas rurais e urbanas. Verificou-se também aqui ser viável sua aplicação nos casos de trechos com escoamentos mais uniformes, situados em trechos retos ou levemente curvos em planta. A definição do padrão local de escoamento, por meio de molinetes hidrométricos utilizados em cotas mais baixas com uso das outras duas metodologias, permite a minimização das incertezas em cotas mais altas. ) Sugere-se também a execução de mais pesquisas para aumento do conhecimento a respeito das três metodologias aqui abordadas, principalmente quanto à inclusão de mais pontos medidos de velocidade nos cálculos, a influência de sinuosidade em planta e influência das margens na metodologia de cálculo do modelo de CHIU e nos valores do coeficiente da relação de velocidades dos flutuadores superficiais.