Vazão e Coeficiente de Escoamento Superficial

O escoamento superficial começa a ocorrer no momento em que a superfície atingida pela chuva atinge seu limite de absorção, ou seja, atinge a saturação. Tendo em vista que a capacidade de infiltração de uma bacia pode ser extremamente variável entre dois pontos, torna- se difícil estimar de forma precisa qual parcela da precipitação infiltrará e qual parcela será transformada em escoamento superficial, que dará origem às vazões de cheias.

Conforme SETZER e PORTO (1987), citado por ZUFFO (1993), pode-se medir precipitação e escoamento superficial. Contudo, a infiltração é de previsão incerta, pois, é função de diversos fatores difíceis de valorar. Contudo, entende-se que todos esses fatores podem ser relacionados em um único parâmetro: capacidade de infiltração do solo, que seria função apenas do teor de umidade do solo antes de receber a ação da precipitação.

Métodos como o Racional ou do Hidrograma Unitário consideram um coeficiente de escoamento superficial constante ao longo de toda a precipitação, sendo que no Método Racional é definido e tabelado o parâmetro “C” coeficiente de runoff ou coeficiente de escoamento superficial, conforme Tabela 6, proposta por PMSP (2012).

Tabela 6. Coeficientes de escoamento superficial ou coeficiente de runoff (PMSP, 2012).

Ocupação do solo C

EDIFICAÇÃO MUITO DENSA: Partes centrais, densamente

construídas de uma cidade com rua e calçadas pavimentadas 0,70 a 0,95 EDIFICAÇÃO NÃO MUITO DENSA: Partes adjacentes ao centro,

de menor densidade de habitações, mas com ruas e calçadas pavimentadas

0,60 a 0,70 EDIFICAÇÃO COM POUCAS SUPERFÍCIES LIVRES: Partes

residenciais com construções cerradas, ruas pavimentadas 0,50 a 0,60 EDIFICAÇÃO COM MUITAS SUPERFÍCIES LIVRES: Partes

residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas, mas com muitas áreas verdes

0,25 a 0,50 SUBÚRBIOS COM ALGUMA EDIFICAÇÃO: Partes de arrabaldes e

subúrbios com pequena densidade de construções 0,10 a 0,25 MATAS, PARQUES E CAMPOS DE ESPORTES: Partes rurais, áreas

verdes, superfícies arborizadas, parques ajardinados e campos de esporte sem pavimentação

0,05 a 0,20

Tem-se ainda métodos como o do Índice φ, que supõe um valor constante para a capacidade de infiltração do solo, em que a partir de um determinado valor de altura precipitada, começa a existir escoamento superficial, conforme Figura 12.

Modelos mais rigorosos, como o do Curve Number (CN) do Soil Conservation Service

(SCS) tentam absorver os todos os fatores que influenciam a capacidade de infiltração e de

geração de escoamento superficial levando em conta o tipo de solo, as condições de ocupação, vegetação, conforme Tabela 7 (PMSP, 2012). Porém, o Método CN do SCS ainda se mantém distante do fenômeno físico para os solos brasileiros, conforme SARTORI et al. (2005) afirma que no Brasil há solos com comportamento diferente daqueles para onde a classificação hidrológica foi primeiramente desenvolvida, além de existirem solos que não pertencem a nenhum dos grupos hidrológicos propostos inicialmente. Afirma ainda, que o hidrograma unitário do SCS tende a superestimar as vazões de pico dos hidrogramas resultante.

Contudo, métodos rigorosos do ponto de vista teórico, como o Método de Horton ou o Método de Green-Ampt, concluem que para uma intensidade de chuva constante, a capacidade de infiltração diminui ao longo do tempo até atingir um valor limite a partir do qual não há aumento da taxa de infiltração. O Método de Green-Ampt chama esse momento de Ponding

Time (ou tempo de encharcamento). As Figuras 13 e 14 apresentam graficamente o

funcionamento dos dois métodos.

Figura 13. Representação gráfica do Método de Horton (Traduzido de Chow, 1988).

Figura 14. Representação esquemática da ocorrência do Ponding Time no Método de Green- Ampt (ZUFFO, 2012).

Tabela 7. Valores de CN em função da cobertura e do tipo hidrológico de solo para a condição II de umidade do solo (PMSP, 2012).

Tipo de uso do solo/ Tratamento/ Grupo Hidrológico

Condições hidrológicas A B C D

Uso Residencial

Tamanho médio do lote % Impermeável

até 500 m2 65 77 85 90 92 1000 m2 38 61 75 83 87 1500 m2 30 57 72 81 86

Estacionamentos pavimentados, telhados 98 98 98 98

Ruas e estradas

pavimentadas, com guias e drenagem 98 98 98 98

com cascalho 76 85 89 91

de terra 72 82 87 89

Áreas comerciais (85% de impermeabilização) 89 92 94 95 Distritos industriais (72% de impermeabilização) 81 88 91 93 Espaços abertos, parques, jardins

boas condições, cobertura de grama > 75% 39 61 74 80 condições médias, cobertura de grama > 50% 49 69 79 84 Terreno preparado para plantio, descoberto

Plantio em linha reta 77 86 91 94

Culturas em fileira

linha reta condições ruins 72 81 88 91

Boas 67 78 85 89

curva de nível condições ruins 70 79 84 88

Boas 65 75 82 86

Cultura de grãos

linha reta condições ruins 65 76 84 88

Boas 63 75 83 87

curva de nível condições ruins 63 74 82 85

Boas 61 73 81 84

Pasto

sem curva de nível condições ruins 68 79 86 89

médias 49 69 79 84

Boas 39 61 74 80

curva de nível condições ruins 47 67 81 88

médias 25 59 75 83

Boas 6 35 70 79

Campos condições boas 30 58 71 78 Florestas condições ruins 45 66 77 83

Boas 36 60 73 79

Conforme afirmação de ZUFFO (1993), considera-se que a partir de uma determinada duração e intensidade de chuva, todas os fatores que poderiam influenciar a geração de escoamento superficial se estabilizam em um valor constante, logo, para intensidades e durações menores elas terão maior importância. A Figura 15 ilustra essa afirmação.

Figura 15. Relação entre volume de escoamento e precipitação (CFGB, 1994).

Ainda observando a Figura 15, verifica-se que quanto maior a umidade do terreno, menor a capacidade de infiltração, e maior será a relação entre o acréscimo de altura precipitada e o acréscimo de altura escoada superficialmente. Essa mesma relação é considerada no Método do Curver Number do SCS, conforme pode ser visto na Figura 16.

Deve-se salientar que o Método GRADEX relaciona as frequências de chuva e de vazão, mas não afirma que uma precipitação com um determinado período de retorno produzirá uma vazão de cheia de mesmo período de retorno, sendo considerados eventos extremos independentes.