Estimativa das vazões de projeto

O valor de vazão considerado no dimensionamento de estruturas hidráulicas e na elaboração de projetos é denominado vazão de projeto. Neste estudo, a vazão de projeto foi definida para cada seção individualmente pela estimativa das vazões prováveis de ocorrer em cada uma em função das maiores intensidades de precipitação esperadas para região (chuvas de projeto). Essas estimativas foram realizadas por meio de dois métodos de cálculo diferentes: o método racional e o método de I PAI Wu.

O método racional (Equação 14) é um método de estimativa de vazões aplicável a pequenas bacias hidrográficas, sendo que na literatura são definidos diferentes valor limite de área para sua aplicação, dentre eles 2 km² (TUCCI, 1995), 3 km² (SÃO PAULO, 1999), 5 km² (WILKEN, 1978) e 10 km² (MORALES, 2013). Para a bacia do córrego Purys, a aplicação desse método foi considerada válida pois (i) a área da bacia é inferior à estabelecida na publicação de referência para o dimensionamento (MORALES, 2013); (ii) a bacia possui área próxima ao limiar de 5 km²; e (iii) as subáreas consideradas não são maiores do que 3 km².

𝑄 =𝐶 . 𝑖 . 𝐴 3,6 ( 14) Onde: Q: vazão (m³/s) C: coeficiente de escoamento i: intensidade da chuva (mm/h) A: área (km²)

O coeficiente de escoamento é uma variável do Método Racional que reflete as características de ocupação do solo e impermeabilização na área de bacia. Para esse parâmetro foram considerados os valores apresentados por WILKEN (1978), mostrados na Tabela 10, que consideram a densidade e tipos de edificações no local.

Tabela 10 – Valores para o coeficiente de escoamento de acordo com o uso e cobertura do solo.

Ocupação Descrição Valor de C

Edificação muito densa

Partes centrais, densamente construídas de uma cidade

com ruas e calçadas pavimentadas 0,70 – 0,95 Edificação não muito

densa

Partes adjacentes ao centro, de menor densidade de

habitação, mas com ruas e calçadas pavimentadas 0,60 – 0,70 Edificação com

poucas superfícies livres

Partes residenciais, com construções cerradas e ruas

pavimentadas 0,50 – 0,60

Edificação com muitas superfícies

livres

Partes residenciais, tipo Cidade Jardim com ruas

macadamizadas ou pavimentadas 0,25 – 0,50 Subúrbios com

alguma edificação

Partes periféricas e de subúrbios com pequena densidade

de construções 0,10 – 0,25

Matas, parques e campos de esportes

Partes rurais, áreas verdes, superfícies arborizadas, parques

ajardinados, campos de esporte sem pavimentação 0,05 – 0,20

Fonte: (WILKEN, 1978)

Na aplicação do Método Racional, foi considerado um valor de C de 0,15 na área à montante do pontilhão P01 (P00 a P01), por ser valor intermediário entre regiões com pequena densidade de construções e áreas verde e rurais e nos trechos do P02 ao P05 foi considerado o valor de 0,83, por ser um valor entre as partes centrais e partes adjacentes ao centro. No trecho entre o P01 e o P02 a ocupação se caracteriza pelos dois tipos descritos, portanto, foi considerado um coeficiente de 0,49, valor médio entre 0,83 e 0,15.

As vazões foram calculadas para cada ponto de acordo com as áreas acumuladas dos trechos à montante, Dessa forma, quando ocorreram dois tipos de cobertura, foi considerado um valor ponderado em função das áreas referentes a cada uso (Equação 15).

𝐶𝑚=

𝐶₁𝐶₂+⋯+,𝐶_𝑛𝐴_𝑚

𝐴₁+⋯+ 𝐴_𝑛 ( 15)

Onde:

Cm: coeficiente de escoamento médio

C1: coeficiente de escoamento para o 1º tipo de cobertura do solo Cn: coeficiente de escoamento para o nº tipo de cobertura do solo A1: área referente ao coeficiente de escoamento C1 (km²)

An: área referente ao coeficiente de escoamento Cn (km²)

O DEPARTAMENTO DE ESTRADAS DE RODAGEM DO ESTADO DE SÃO PAULO (2005) recomenda para bacias com área entre 2 km² e 50 km² o uso dos métodos de Ven Te Chow, I PAI Wu ou Triangular para o cálculo de vazões do projeto. Em função das informações disponíveis sobre a bacia do Purys, optou-se por realizar o cálculo pelo método de I PAI Wu, que calcula uma vazão de cheia de acordo com a Equação 16 e uma vazão de pico de acordo com a Equação 17. Aplicação do método teve como referência o Manual de Cálculo das Vazões do Estado de São Paulo publicado pelo Departamento de Águas e Energia Elétrica (DAEE) de São Paulo (1994).

𝑄 = 0,278 . 𝐶 . 𝑖 . 𝐴0,9 . 𝐾 ( 16)

Onde:

Q: vazão de cheia (m³/s)

C, coeficiente de escoamento superficial i: intensidade da chuva (mm/h)

A: área da bacia (km²)

K: coeficiente de distribuição espacial

𝑄𝑝 = 𝑄 + 𝑄𝑏 ( 17)

Onde:

Qp: vazão de pico (m³/s) Q: vazão de cheia (m³/s) Qb: vazão de base (m³/s)

Entende-se por vazão de cheia a vazão máxima causada por determinada intensidade de chuva, enquanto a vazão de base é a vazão média do canal. A vazão de pico, por sua vez, é dada pelo somatório entre a vazão de cheia e a vazão de base, representando a vazão real máxima no canal ocasionada pela precipitação.

Como não há dados sobre a vazão de base na bacia do Purys, o valor de Qb, considerado foi o correspondente a 10% do valor da vazão de cheia (Q), de acordo com orientação do DAEE (1994).

Para este método, o coeficiente de escoamento superficial (C) é uma função de três variáveis: o fator de forma da bacia F, dado em função do comprimento do talvegue (curso do córrego) até o ponto de dimensionamento e da área referente ao trecho, o coeficiente de forma C1, dado em função de F, e coeficiente volumétrico de escoamento C2, dado de acordo com os valores tabelados apresentados na Tabela 11. As equações 18 a 20 apresentam o método de cálculo do coeficiente de escoamento superficial, do fator F e do coeficiente C1.

𝐶 =𝐶2

𝐶1∗

2

1+𝐹 ( 18)

Onde:

C: coeficiente de escoamento superficial C2, coeficiente volumétrico de escoamento C1: coeficiente de forma

F: fator de forma da bacia

𝐹 = 𝐿

2∗ (𝐴_𝜋)0,5

( 19)

Onde:

F: fator de forma da bacia

L: comprimento do talvegue (km) A: área da bacia (km²) 𝐶1 = 4 2+ 𝐹 ( 20) Onde: C1: coeficiente de forma F: fator de forma da bacia

O coeficiente C2 é dado em função do grau de impermeabilização da superfície, Foram os considerados os valores apresentados pelo DAEE (1994), conforme descritos na Tabela 11, sendo que, para o trecho da seção P00 à P01 foi considerada impermeabilização baixa (0,30), para a parcela entre as seções P01 e P02 impermeabilização média (0,50) e para o restante da bacia impermeabilidade alta (0,80).

Tabela 11 – Valores para o coeficiente volumétrico de escoamento C2.

Grau de Impermeabilização da Superfície Coeficiente volumétrico de escoamento (C2)

Baixo 0,30

Médio 0,50

Alto 0,80

Fonte: DAEE, 1994.

O coeficiente K do método I PAI Wu, referente à distribuição espacial da chuva é obtido por meio de um ábaco disponibilizado pelo DAEE (1994), que considera a área da bacia e o tempo de duração da chuva (tc), O ábaco é apresentado no Anexo 2 e a partir do mesmo observa-se que para bacias muito pequenas como a bacia do Purys o valor de K encontra-se tendendo a 100%. Sendo assim, foi arbitrado um valor de 99% (0,99) para toda a bacia.

Para os dois métodos utilizados foram calculados as vazões em cada ponto de acordo com as intensidades de chuva para os TR de 25, 50 e 100 anos. Para cada seção foram consideradas as características da área à montante, ou seja, foram consideradas as características entre o ponto avaliado e a nascente (P00). Dessa forma, a não ser para a seção P01, foi realizada ponderação das variáveis pertinentes em função da divisão da bacia apresentada no início deste item, sendo essas, o coeficiente de escoamento superficial C para o método racional e o coeficiente volumétrico de escoamento C2 para o método de I PAI Wu,

A Tabela 12 e a Tabela 13 apresentam os parâmetros utilizados para o calculo das vazões em cada ponto pelos métodos racional e I PAI Wu, respectivamente.

Tabela 12 – Parâmetros utilizados para cálculo das vazões pelo Método Racional.

Trecho Área (km²) Aacum (km²) C Cmédio

P00 – P01 2,12 2,12 0,15 0,15

P01 – P02 1,54 3,66 0,49 0,29

P02 – P03 0,11 3,77 0,83 0,31

P03 – P04 1,67 5,44 0,83 0,47

P04 – P05 0,36 5,80 0,83 0,49

Fonte: elaborada pelo autor.

Nota: Aacum: área acumulada; C: coeficiente de escoamento superficial; Cmédio: coeficiente de escoamento

Tabela 13 – Parâmetros utilizados para cálculo das vazões pelo método de I PAI Wu. Trecho A (km²) Aacum (km²) L (km) Lacum (km) F C1 C2 C2pond C K P00 – P01 2,12 2,12 2,24 2,24 1,36 1,19 0,30 0,30 0,21 0,99 P01 – P02 1,54 3,66 1,21 3,45 1,60 1,11 0,50 0,38 0,27 0,99 P02 – P03 0,11 3,77 0,15 3,60 1,64 1,10 0,80 0,40 0,27 0,99 P03 – P04 1,67 5,44 0,85 4,45 1,69 1,08 0,80 0,52 0,36 0,99 P04 – P05 0,36 5,80 0,95 5,40 1,99 1,00 0,80 0,54 0,36 0,99

Fonte: elaborada pelo autor.

Nota: A: área; Aacum: área acumulada; L: comprimento do trecho; Lacum: comprimento acumulado; F: fator de

forma; C1: coeficiente de forma: C2: coeficiente volumétrico de escoamento; K coeficiente de distribuição

espacial; C: coeficiente de escoamento superficial; Cmédio: coeficiente de escoamento superficial médio

ponderado.