Medição da vazão

A vazão de um curso de água está intimamente ligada, nas regiões tropicais, com a precipitação em forma de chuva, uma vez que é a chuva que promove a recarga dos mananciais hídricos superficiais e subsuperficiais.

A vazão é um parâmetro dos mais importantes no estudo de microbacias de modo que o conhecimento dos métodos disponíveis para efetuar sua medição se torna relevante. Existem vários métodos que podem ser utilizados para a medição da vazão:

→ Relação entre a área da seção transversal do canal e a velocidade do escoamento; → Método da diluição;

→ Medição volumétrica direta;

→ Utilização de vertedores e/ou calhas.

Ao longo deste estudo foram usados dois destes métodos; vertedores e o método volumétrico. Segundo Costa (2005), o vertedor é uma barreira colocada perpendicularmente ao fluxo de água, com uma abertura na parte superior de forma geométrica definida, pela qual a água passará livremente após atingir a montante a parte do vertedor que se chama soleira (L). A figura 3.2 mostra os principais elementos geométricos de um vertedor.

Figura 3.2 – Elementos geométricos do vertedor (adaptado de Costa, 2005)

.

P

h

W

L

Onde: L (soleira) – borda inferior da abertura

P (altura do vertedor) – diferença de cota entre a soleira e o fundo do canal de aproximação h (carga sobre a soleira) – altura da lâmina de água sobre a soleira

W (ombreira) – distância entre a abertura e a extremidade do vertedor B – largura do vertedor

Existem vários tipos de vertedor como se ilustra na figura 3.3.

Figura 3.3 – Tipos de vertedores (adaptado de Smajstrla & Harrison, 2002).

Para selecionar o tipo de vertedor mais adequado para as circunstâncias e condições de

determinada microbacia é essencial estimar previamente o deflúvio esperado e utilizar este dado para

definir quais as dimensões do vertedor a empregar. Após esta fase e de forma a garantir a fiabilidade dos dados, de acordo com Custódio e Llamas (1976) e Porto (2001), é necessário seguir algumas condições referentes tanto à instalação como à construção do vertedor:

→ O vertedor deve ser instalado na posição vertical e perpendicular em relação à direção do fluxo;

→ O vertedor deverá ser instalado num local onde o canal apresente um trecho retilíneo e uniforme para garantir a distribuição uniforme da velocidade na altura da chegada;

→ O canal deve ter margens com altura suficiente para conter o volume de água acumulado a montante;

→ A largura da soleira deve ser no mínimo igual a três vezes a carga (L ≥3h);

→ As dimensões do vertedor devem ser tal que o valor de h esteja no intervalo de 3 ≤ h ≤ 30 cm;

Contribuições às Ciências da Terra, Série M72, vol. 314,137p.

→ A leitura da altura da água deve ser feita a uma distância de 3 a 6 vezes o valor de h de modo que não seja afetada pelo processo de convergência vertical dos filetes, isto ocorre quando a água ao adquirir velocidade em direção à soleira faz com que haja uma contração da veia líquida que passa no vertedor, o que pode dificultar uma leitura adequada da altura da água. No entanto, Costa (2005), demonstrou que as medições podem ser feitas na própria placa do vertedor, sem alteração dos dados.

As equações utilizadas para os dois tipos de vertedor instalados no presente estudo são as seguintes. Para o vertedor do tipo trapezoidal:

Q = 1,86Lh3/2 (3.2)

Onde: L = comprimento da borda inferior da soleira e h = carga sobre a soleira. Para o vertedor do tipo triangular a equação fundamental é:

Q = 8/15 Cd√2gtg (α/2) h 5/2_{, (3.3)}

Com ângulo de abertura α de 90º, as seguintes equações podem ser utilizadas: Equação de Thompson:

Q = 1,4 h 5/2_{; se 0.05 <h <0.38 m; se P> 3h e se b <h (3.4)}

Equação de Gourley e Crimp:

Q = 1,32 h2,47_{, se 0.05 <h <0.38 m; se P> 3h e se b> 6h (3.5)}

Equação de Barnes:

Q = 1,34 h2,48_(3.6)

Empregou-se também o método volumétrico (medida direta de vazão com recipiente) para calibrar os dados dos vertedores. Para o monitoramento da vazão de cada microbacia optou-se pela utilização de vertedores (figuras 3.4, 3.5 e 3.6) que apresentam valores bastante satisfatórios para pequenas

Figura 3.4 – Perfil transversal do rio (em laranja) no local de instalação dos vertedores nas microbacias A, B, C e D e tipo de vertedor (em cinza) utilizado (medidas em cm). O vertedor na microbacia B foi fixado em tubulação de drenagem.

E

Figura 3.5 – Perfil transversal do rio (em laranja) no local de instalação dos vertedores na microbacia E e tipo

Contribuições às Ciências da Terra, Série M72, vol. 314,137p.

F

Figura 3.6 – Perfil transversal do rio (em laranja) no local de instalação dos vertedores na microbacia F e tipo de vertedor (em cinza) utilizado (medidas em cm).

A determinação da vazão de cada microbacia realizada no início da estação seca, em abril, com micromolinete (marca GLOBAL WATER, modelo FP 101) forneceu deflúvios que variavam de

0,00398 m3_{/s a 0,03926 m}3_{/s. O valor de deflúvio e o conhecimento do perfil transversal do canal de}

drenagem permitiram escolher as dimensões e o tipo de vertedor adequado para cada microbacia. Os vertedores utilizados são de aço galvanizado com espessura de 6 mm. Os lados inferiores e laterais da chapa foram biselados em cunha para facilitar a penetração no solo. De forma a melhorar o efeito da queda livre da água, foi feito na soleira um chanfro de 45º. No lado montante do vertedor foi colocada uma fita métrica (trena) para a leitura da altura da lâmina de água (figura 3.7). Costa (2005) demonstrou que se a fita métrica for posicionada a certa distância da abertura do vertedor, as leituras podem ser feitas diretamente na mesma, sem erros significativos.

Figura 3.7 – Vertedor do tipo triangular utilizado na microbacia C (A); Detalhe da fita métrica utilizada para a medição da cargahidráulica (B).

A

De forma a calibrar as vazões obtidas pelos vertedores foram realizadas ao longo do ano medições também pelo método volumétrico (figura 3.8), de forma a garantir a credibilidade dos dados.

Figura 3.8 – Foto demonstrativa do método volumétrico.

Apesar do estudo prévio, nas microbacias A e B as vazões foram superestimadas para a época de estiagem. Para restringir o fluxo e melhorar a precisão das medidas, foi então necessário colocar no vertedouro chapas adicionais de 15 e 15 cm respectivamente (figura 3.9).

Contribuições às Ciências da Terra, Série M72, vol. 314,137p.