Escoamento em rios I: conceitos

O escoamento em rios é fundamental para entender a gestão dos recursos hídricos (oferta de água), inundações e estiagem e qualidade da água, entre outros. Nos cursos de Hidrologia e Hidráulica estes conceitos são poucos entendidos muitas vezes devido à falta de aplicações e exemplos.

Em Hidráulica é ensinado que o escoamento é permanente uniforme quando as variáveis não variam no tempo e espaço (ao longo do rio). Esta situação não existe num rio, nem mesmo em estiagem quando a vazão é quase constante, porque a profundidade varia ao longo do rio. Este tipo de situação geralmente ocorre em canais em laboratório. A maioria das equações que relacionam vazão e profundidade como a equação de Manning e Chezy é determinada para estas condições. Quando foram desenvolvidas as equações de Streeter- Phelps para qualidade da água, utilizou-se o conceito de escoamento permanente uniforme. Muitas vezes este é o máximo que se ensina na Hidráulica de graduação.

O escoamento é permanente e não-uniforme quando as variáveis continuam constante no tempo, mas variam no espaço. Este tipo de formulação é utilizado em modelos de qualidade da água como QUAL2E. Quando as variáveis variam no espaço pode continuar permanente (não variam no tempo). Este tipo de formulação é utilizada para determinar a linha d´água para diferentes vazões em situações como: linha d´água de inundação, efeito de remanso num rio devido a obras hidráulicas como uma barragem. No entanto, este tipo de formulação não considera o cenário real de variação no tempo das vazões e dificilmente ocorre um cenário instantâneo de regime permanente. O mais próximo cenário é o de estiagem.

O escoamento não-permanente pode ser representado em uma, duas ou três dimensões espaciais. A representação não-permanente com uma dimensão longitudinal permite descrever grande parte dos problemas em rios. São utilizadas duas equações para representar este escoamento, chamadas de equações de Saint Venant (século 19) ou equações de escoamento do escoamento não-permanente uni-dimensional. A primeira equação é da continuidade e a segunda é a de quantidade de movimento que garante a preservação da força pelo tempo ou efeitos dinâmicos que no escoamento são principalmente: efeitos de inércia (energia na velocidade), efeito de pressão (quando existem diferenças de pressão entre montante e jusante), efeito da gravidade (energia potencial) e energia perdida na rugosidade.

Quando são desprezados os efeitos de inércia e de pressão resulta numa relação bi-unívoca entre a vazão e a profundidade para um determinado local de um rio, denominada pela curva –chave. Esta curva- chave é a relação fundamental que permite determinar as vazões dos rios. É obtida pela medida durante vários anos num mesmo local. Quando existem pontos suficientes é esboçada a curva.

Geralmente o efeito de inércia pode ser desprezível, mas o efeito de pressão influencia o escoamento em casos em que a jusante existe obstruções ao escoamento, reduções de escoamento, efeito de maré e com declividade da linha d´água importante. Neste caso, a relação é entre vazão, profundidade e declividade da linha d´água. Para isto é necessário ler o nível em dois locais do rio para que seja obtida a vazão.

Na semana próxima serão discutidos aspectos da fluviometria e os cuidados com os dados hidrológicos e a importância da minimização dos erros destas informações para a gestão dos recursos hídricos.

Edição eletrônica de:

DRENAGEM URBANA

por Carlos Tucci, Rubem Porto e Mario Thadeu Barros

publicado pela ABRH 1995

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About Prof. PhD Carlos E. M. Tucci

Engenheiro civil, MSc, PhD, professor aposentado do IPH-UFRGS, sócio-fundador da Rhama Consultoria Ambiental. Autor de mais de 300 artigos científicos, livros, capítulos de livros. Experiência de mais de 40 anos na área, com atuação junto a empresas e entidades nacionais e internacionais como: Unesco, Banco Mundial, BID, ANEEL, ANA, Itaipu, entre outros. Premiado em 2011 pela International Association of Hydrological Sciences.

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