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1. 87 VI 6 Considera es sobre o c lculo eeeeerreeeereranes 87 VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel 89 VIL 1 Localiza o scinn a S os lechantandeacevanssacdaness 89 VII 2 Geomorfologia da Dacia s acres sanstigasasesgresaama desatra gdo teeedcceacavctes deavsaceseneyins 90 VII 2 15 Coeficientes de rugosidade de Manning Strickler 91 WANS Rede Hidrogr fica as Ra lada dia sab 92 VILA PrECIPUA O ia ns hee E De SED 94 NAL SPAS C e E E RA a dA a ad aa 95 xiv Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Indice de mat rias VIL6 Usos do SOLO cessa usisatusgema ieee aiid adidas dee sessi 96 VIE Classes de INHTA O r stiren see eger e eee Nass 101 VII 8 Tempo de concentra o da bacia hidrogr fica 104 VIIL 8 1 F rmula de Kirpich sseseeeeseeeesseesseessessseeessseessresseesseesseeessseessreso 104 VII 8 2 F rmula de Ven Te ChoW ssesseseeeseeesessesseseresressessresressessresresseese 104 VILSA F rmula de Picking ssa DR 105 VIL S 5 F rm lade TemeZ Si n e LS a 105 VILO Fotos da bacia hidrogr fica sseeeeeeeseeseeseeeseeeeeseesresrrssresrreresresseseesre 106 VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel 111 VIII Cen rio 1 chuva efectiva uniforme constante e de longa dura
2. Quadro VI 1 Dados da rede hidrogr fica discretizada Quadro VII 2 1 Par metros descritivos da geomorfologia da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Quadro VII 3 1 Par metros descritivos da linha de gua principal Quadro VII 4 7 1 Localiza o das esta es meteorol gicas Quadro VII 4 7 2 Curvas IDF ccccccccccccceceesessecececececessesesececeeeeeeeesenseaeees Quadro VII 5 1 Classes taxon micas do solo bacia hidrogr fica da Ribeira de AJporte latest yesca Dolo tats Desa ga Sanson Sa Quadro VIL 5 2 Areas das classes taxon mica do solo s Quadro VII 5 3 Textura dos horizontes das classes taxon micas Quadro VII 5 4 Par metros das classes taxon micas cccseeeceeeeeenteeeeeees Onadro VIL6 1 Usos do Silom cewek aa PS a aac Aa a ak Quadro VIL6 2 reas das classes de uso do solo Quadro VII 7 1 reas das classes de infiltra o Quadro VII 7 2 Propriedades das classes de infiltra o Quadro VII 8 1 Quadro resumo dos tempos de concentra o xxii Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua ndice de quadros Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua xxiii Capitulo I Introdu o Introdu o 1 1 Generalidade
3. eeeceeeeeeeeeeee 50 V Modelo de onda cinemAtica suas aaah Ve ea ns ze nse 59 V 1 Equa es do modelo de onda CiNeEMAtICA eee eeeeeceteeeeeteeeenteeeenaeeeeaaees 59 V2 Celendade da onda Cinem tica sis sia Melted aie adegas aa 60 V 3 Resolu o num rica da equa o de onda CineMAtICA eee eseese 62 Weal Metodo linear ssrin nee dsi aaaea Und agia esmas 65 V 3 2 M todo n o linear 3 352 ret dct doris ited ake sea diana cad 67 V 4 Condi o de estabilidade de Courant ecceeecceceeccecsseeeeeeeeeesteeeeseeeeaees 69 VL Modelo QUASL2D ernai ni siirsi a a ER EE Ea ana 71 VI 1 Factor de sinuosidade adicio al eseeeeseseeeeeseeeseereeseeeresressersreseesreseese 77 VI 2 Coeficiente de rugosidade de Manning Strickler Ks 79 VI 3 Aplica o do modelo de onda cinem tica na rede hidrogr fica 80 VLS Metodo linear ss SE ie e 81 VI 3 2 M todo n o linear 24icusetetcnokuninieia Seal ing ud nani 82 VI 4 C lculo da altura do escoamento rena 82 VI 4 1 Sec o trapezoidal assim trica eeeeereecee 82 VEA2 SECCAG TeCiano WAL cioe stgo legates Eanes ataque E ea pacas ig 84 VES Calculo das ISOCIONAS tiie Jott cet pad tect a AEE gel edi ioe dee 85 VI 5 1 C lculo da celeridade da onda cimematica eee eeseeeseeeeeeeeneeeneeeees 86 VI 5 2 C lculo do tempo de propaga o do escoamento
4. CalcHTrapezio Q2 ic CalcHRectangulo Q2 ic Exit For End If Next kc Next ic frmProgress prgBAR Value j Next 5 Unload frmProgress End Sub Public Sub Direc ix As Integer iy As Integer devolve a linha e coluna da celula na vizinhan a da celula corrente em cuja direc o o declive maior dE As dw As dN As ds As Single dNE As Single dSE As Single dNW As Single dswW As Single Dim Single Dim Single Dim Single Dim Dim Dim Dim Dim Dim d As Single Dim nd As Integer calcula os declives nas 8 direc es possiveis os declives s o positivos no sentido descendente If ix lt Nx Then If DEM ix 1 dE End If End If iy lt gt 1 Then DEM ix 1 iy DEM ix iy Dx If ix gt 1 Then If DEM ix 1 iy lt gt 1 Then Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH dw DEM ix 1 iy DEM ix iy End If End If If iy lt Ny Then If DEM ix iy 1 lt gt 1 Then dN DEM ix iy 1 DEM ix iy End If End If If iy gt 1 Then If DEM ix iy 1 lt gt 1 Then ds DEM ix iy 1 DEM ix iy End If End If If ix lt Nx And iy lt Ny Then If DEM ix 1 iy 1 lt gt 1 Then ONE DEM ix 1 iy 1 DEM ix End If End If If ix lt Nx And iy gt 1 Then If DEM ix 1 iy 1 lt gt 1 Then dSE DEM ix 1 iy 1 DEM ix End If End If If
5. c lula 6230 125 c lula 3820 125 c lula 4060 125 c lula 4608 126 c lula 4939 126 Figura VII 1 3 6 Divis o da bacia hidrogr fica em tr s zonas de precipita o 127 Figura VIII 1 3 7 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos precipita o por zona Figura VIII 1 3 8 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos precipita o por zona Figura VIII 1 3 9 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos precipita o por zona Figura VII 1 3 10 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos precipita o por zona Figura VIIL 1 3 11 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de XX Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua c lula 6230 127 c lula 3820 127 c lula 4060 128 c lula 4608 128 ndice de figuras 50 100 500 e 1000 anos Figura IX 1 Alimenta o de uma linha de gua precipita o por zona c lula 4939 128 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua xxi ndice de quadros ndice de quadros Quadro 1 2 1 1 Par metros para a equa o de Green Ampt Quadro 1 2 2 1 Grupos de solo segundo 0 SCS Quadro 1 2 2 2 Classifica o do CN SCS
6. oe bife o se pe 1 2 2 8 09 0 0 em que T uma vari vel de integra o Resolvendo vem os o 0 e E k 10 1 2 2 9 como t Olt lr x ult or 112 2 10 0 em que as vari veis envolvidas na dedu o anterior assumem o seguinte significado t tempo Tt constante de integra o que representa o instante em que ocorre a entrada do volume unit rio no sistema linear k constante do sistema temos que a resposta de um sistema linear entrada de um volume unit rio instantaneamente no sistema o que designamos por impulso unit rio dada por Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 11 Cap tulo II S ntese de conhecimentos u t T Se 1 2 2 11 1 0 I t Q t u t T t Figura II 2 2 1 Resposta de um reservat rio linear a um impulso unit rio Figura 11 2 2 2 Resposta de um reservat rio linear a dois impulsos Para a entrada de um caudal unit rio constante e com dura o infinita a resposta do sistema linear dada por g t lule v bt t 11 2 2 12 g t lr e bs 11 2 2 13 112 2 14 Figura 11 2 2 3 Resposta de um reservat rio linear entrada de um caudal unit rio 12 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos Para a entrada de um volume unit rio no sistema num intervalo de tempo Ate com 1 Z caudal es a resposta do sistema dada po
7. Dist Q2 H2 cK y Print 1 s m m3 s m m s Print 1 ic canal Fo r kc ic To Ne If nol ke Dist Print Print Print Print celula cota canal ordem Ks sB sM1 m m1 3 s m m m no2 ic Then Dist sL ic Print 1 Format t 00000 is 1 1 1 1 Format no2 ic 0000 us Format DEM ixNNo no2 ic iyNNo no2 ic 000 00 Format ic 0000 is Format Ordem ic 000 ma Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua CStr y2 sM2 m m iy wom i sso m m CStr 10 sL m B 11 B 12 Anexo B C digo fonte do programa MDBH Print 1 Format Ks ic 00 00 Print 1 Format sB ic 00 00 Print 1 Format sM1 ic 000 00 Print 1 Format sM2 ic 000 00 Print 1 Format sS0 ic 0 000 Print 1 Format sL ic 000 00 Print 1 Format Dist 00000 00 Print 1 Format Q2 ic 5 000 00 Print 1 Format H2 ic j 00 00 Print 1 Format cK ic j 00 00 ic kc End If Next kc Close 1 End Sub Public Function Ks ic As Integer As Single Ks KsCabecei Ks 3 End Function Public Sub GeraPerfilLongitudinal cel As Integer Dim ix As Integer Dim iy As Integer Dim ixx As Integer Dim iyy As Integer Dim cota As Single Dim Dist As Single Dim distAcum As Si ra Ordem ic 1 ngle ix ixNNo cel iy
8. ReDim ChuvaGA Nx Ny nChuva As Single ReDim ChuvaAcumGA nChuva As Single chuva acumulada ReDim ChuvaIntGA nChuva As Single intensidade de precipita o ReDim InfiltMaxGA nChuva As Single infiltra o m xima ReDim InfiltAcumGA nChuva As Single infiltra o acumulada ReDim Pond nChuva As Boolean x ReDim pondi nChuva As Boolean ReDim ExChuvaAcumGA nChuva As Single ReDim ExChuvaGA Nx Ny nChuva nesta rotina a unidade de tempo a hora assim o valor do intervalo de tempo entre registos a hora dtCh dtChuva 3600 convers o de segundos para horas icel 0 For iy 1 To Ny para todas as c lulas For ix 1 To Nx icel icel 1 contagem do numero de c lula com base na precipita o calcula a precipita o efectiva cs CInfilt icel classe de solo da c lula corrente If cs lt gt 1 Then calibra o da conductividade hidr ulica K Ksolo cs calcula a varia o do teor de humidade dTeta 1 SEsolo cs NEsolo cs chuva acumulada ChuvaAcumGA 1 ChuvaDist icel 1 For ich 2 To nChuva ChuvaAcumGA ich ChuvaAcumGA ich 1 ChuvaDist icel ich Next ich intensidade de precipita o For ich 1 To nChuva ChuvaIntGA ich ChuvaDist icel ich dtCh Next ich intensidade de infiltra o potencial m xima For ich 1 To nChuva If ich 1 Then InfiltMaxGA ich 99999 Else InfiltMaxGA ich K PSIsolo cs dTeta ChuvaAcumGA ich
9. problema se torna mais f cil Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 31 Cap tulo III Caudais de percurso Zona saturada Frente de humedecimento Figura 1 2 1 1 Avan o de uma frente de humedecimento no modelo de Green Ampt Na figura 1 2 1 1 as vari veis assumem o seguinte significado O teor de humidade volum trico inicial O teor de humidade volum trico residual O teor de humidade volum trica efectiva AO varia o do teor de humidade n porosidade L profundidade da frente de humedecimento para um tempo t ho altura da l mina de gua acima da superf cie do solo Para o estudo do processo considera se uma coluna de solo com sec o transversal de rea unit ria na qual o solo tem teor de humidade O em todo o perfil Ao passar a frente de humedecimento o teor de humidade volum trico passa para n Num determinado instante o volume de gua infiltrado dado por F L m 0 1 2 1 1 ou seja F t L A 1 2 1 2 Sendo F t a fun o da infiltra o acumulada 32 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Cap tulo II Caudais de percurso Por outro lado o movimento da gua em meios porosos pode ser traduzido de acordo com a lei de Darcy por q K er 1 2 1 3 dz Como a infiltra o positiva no sentido descendente tem se f q 1 2 1 4 Considerando dois pontos um situado na superficie do solo A e outro na frente de hume
10. De oO 60 70 80 90 Tempo horas Figura VIII 1 2 10 Hidrogramas calculados c lula 4608 Hidrogramas simulados c lula 4939 Caudal m s 50 60 70 Tempo horas Figura VIII 1 2 10 Hidrogramas calculados c lula 4939 124 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel VIIl 1 3 Cen rio Ill C lculo de hidrogramas de cheias para v rios per odos de retorno com base em curvas IDF Neste cen rio pretende se determinar os hidrogramas de cheia que se verificam por resposta a precipita es dadas pelas curvas IDF para tempo de retorno de 50 100 500 e 1000 anos As curvas IDF Intensidade Dura o Frequ ncia de acordo com Brand o 1998 determinadas com base em s ries de dados da esta o udom trica de S o Br s de Alportel Curvas IDF Esta o udom trica de S Br s de Alportel q g 3 E E S Q E a o 3 o 3 E 3 a E 2 3 Tempo horas Figura VIII 1 3 1 Curvas IDF para S o Br s de Alportel O c lculo da precipita o efectiva foi executado com base no m todo da curva numero do Soil Conservation Service para a condi o anterior de humidade do solo AMCIII Hidrogramas de cheia c lula 6230 mm TR 50 TR 100 TR 500 TR 1000 a to o O Caudal m s 5 6 7 Tempo horas Figura VIII 1 3 2 Hidrogramas de cheia para p
11. M todo de Muskingum Cunge Este m todo proposto por Cunge 1969 em Chow 1988 baseia se no m todo de Muskingum e no modelo de onda cinem tica Se o cont nuo espa o tempo for discretizado e representado numa grelha num rica como apresentado no capitulo V para a resolu o num rica da onda cinem tica a equa o de Muskingum pode ser escrita na seguinte forma O C 0 0 0 C Qi 11 3 2 1 As vari veis C C2 e C t m o mesmo significado do que no m todo de Muskingum j apresentado Com base na teoria da onda cinem tica as vari veis X e K do m todo de Muskingum podem ser calculadas por K ar 1 3 2 2 Cy e 1 X jim 2 DE ms 1 3 2 3 2 B c So Ax sendo cr celeridade da onda cinem tica ver cap tulo V Q caudal na sec o considerada B largura superficial do escoamento na sec o considerada Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 25 Cap tulo II S ntese de conhecimentos 11 4 Modelos estoc sticos Processos hidrol gicos como a precipita o por exemplo em parte deterministicos e em parte aleat rios ou estoc sticos mas em que a componente aleat ria assume papel preponderante no processo este considera se um processo puramente aleat rio Com base em s rie de dados poss vel determinar a rela o entre a intensidade dura o e frequ ncia da precipita o A metodologia para o estabelecimento destas equa es sai fora do mbito deste traba
12. Next j condi o inicial For ic 1 To Ne Ql ic 1 Qini nol ic Q2 ic 1 Qini no2 ic Next ic For j 1ToNt 1 para todos os instantes For ic 1 To Ne para todos os tro os nl nol ic n2 no2 ic krg Ks ic H2 ic T 1 0 2 estimativa inicial Do B 24 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo B C digo fonte do programa MDBH h H2 ic If sM1 ic Ph Else Ph End If alfa C sL ic Q2 ic cK ic 1 Dt qp nl n2 speck j If Q02 ic H2 ic Else sB ic H2 ic sB ic 2 H2 ic Ph Dt sL ic 4 Dey J 13 lt gt 1 And sM2 ic lt gt 1 Then j 1 Sqr 1 sM1 ic o dy 2 3 krg sSO ic Ql ic j 1 42 Newton Q2 ic 1 1 2 alfa Q2 ic 1 1 j 1 alfa beta alfa beta Q2 ic j 1 j 1 lt 0 0000001 Then 3 1 0 If sMl ic lt gt 1 And sM2 ic lt gt 1 Then sM2 ic ss0 ic 0 001 Else sB ic sSO0 ic 0 001 End If End If Loop Until Abs h H2 ic ap s calcular verifica qual soma o caudal For kc ic To If no2 ic Q1 ke H2 ic j 1 H2 ic j 1 j 1 lt 0 01 o caudal a jusante do tro o ic o tro o a jusante e ao n de montante do tro o a jusante Nc nol kc yt Ay Then Ql kc j 1 Q2 ic j 1 2 Sgr l sM2 ic beta Dt beta 1
13. estrutura seguinte K K eae Ki x K Ko cas Ko ux K yy Kyo vied K yy nx A 1 5 Ficheiro CLASSESDESOLO DAT O ficheiro CLASSESDESOLO DAT cont m os identificadores das classes taxon micas dos solos de todas as c lulas um ficheiro de texto com NY linhas e cada linha com NX valores separados por virgulas Nas c lulas que ficam fora da bacia hidrogr fica atribu do o c digo 1 em vez do respectivo valor Este ficheiro possui a estrutura seguinte ES Ss apar CS ES OS sm OS CS yy 1 cs NY 2 a Cs NY NX A 1 6 Ficheiro CLASSESDEUSODOSOLO DAT O ficheiro CLASSESDEUSODOSOLO DAT cont m os identificadores das classes de uso do solo de todas as c lulas E um ficheiro de texto com NY linhas e cada linha com NX valores separados por virgulas Nas c lulas que ficam fora da bacia hidrogr fica atribu do o c digo 1 em vez do respectivo valor Este ficheiro possui a estrutura seguinte Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua A 7 Anexo A Descri o do programa MDBH CUS CUS 2x CUS GUS ICUS as CUS CUS yy 4 CUS wy gt CUS yy gt NX A 1 7 Ficheiro CLASSESDEINFILTRAGAO DAT O ficheiro CLASSESDEINFILTRA O DAT cont m os identificadores das classes de infiltra o de todas as c lulas um ficheiro de texto com NY linhas e cada linha com NX valores separados por virgulas Este ficheiro gerado pelo programa resultando da combina o dos ficheiros CLASSESDESOLOS DAT e CLASSES
14. o 113 VII 1 1 reas de COntribUicd0 c ccccscscscssesssssssssssssscssssssssssssesessessesessees 115 VII 1 2 Const ncia do tempo de concentra o 116 VII 2 Cen rio 2 Escoamento de 9 a 14 de Dezembro de 1995 117 VII 1 3 Cen rio II C lculo de hidrogramas de cheias para v rios per odos de retorno com base em curvas IDF 124 IX CCONCIUSOCS sas ans i LS RL ee a a Ca 131 IX 1 Restri es usas sampa ma cisaada erpada data a cassa ada TA S Sabes in aaa dentes 133 IX 2 Futuras linhas de desenvolvimento sera 134 Bibliografa enesetunne E E A aa cides E sae ena 137 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua XV Indice de mat rias xvi Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua ndice de figuras ndice de figuras Figura 1 2 2 1 Resposta de um reservat rio linear a um impulso unit rio 12 Figura IL 2 2 2 Resposta de um reservat rio linear a dois impulsos 12 Figura II 2 2 3 Resposta de um reservat rio linear entrada de um caudal unit rio 12 Figura II 2 2 4 Resposta de um reservat rio linear entrada de um volume nit io n m intervalo At eeren nals pen tite ete poda pet i 13 Figura 1 2 3 1 Progress o e recess o de uma onda de cheia 14 Figura 12 4 1 Reservat rios lineares em Seri
15. o propicia forma o das maiores cheias O SCS recomenda que os valores de CN sejam corrigidos de acordo com as condi es antecedentes de humidade do solo Os valores tabelados correspondem condi o AMCII Assim para corrigir para a condi o de AMC I 4 2 CN AMCII CN 1 L 2 2 10 10 0 058 CN AMCII Para corrigir para a condi o de AMC HI CN III 23 CN AMCII 1 2 2 11 10 0 13 CN AMCII I11 2 2 1 Exemplo de utiliza o do m todo da curva numero Para o mesmo exemplo que foi apresentado em III 2 1 1 utiliza se o m todo da curva n mero em que o CN foi escolhido por forma a que a infiltra o acumulada no final da chuvada fosse id ntica obtida pela equa o de Green Ampt Nesta condi o o CN determinado foi 79 Pode se verificar de acordo com os resultados obtidos que para igual valor de infiltra o total acumulada no fim do tempo de c lculo no m todo da Curva N mero esta mais mal distribu da no tempo com tend ncia para acompanhas as varia es do hietograma enquanto a taxa de infiltra o calculada com base na equa o de Green Ampt a taxa de infiltra o tende a estabilizar ap s algum tempo em que a um aumento da intensidade de precipita o corresponde um aumento da taxa de precipita o efectiva gerada superior ao que seria determinado pelo m todo da Curva N mero 44 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II Caudai
16. Descri o do programa MDBH ficheiro onde s o guardados os resultados do c lculo do escoamento superficial obtidos RESCHUVA RES ficheiro onde s o guardados os resultados da distribui o espacial da chuva e do c lculo da chuva efectiva A 1 1 Ficheiro PROJECTO PRJ O ficheiro PROJECTO PRJ tem 22 linhas e possui a seguinte estrutura DE NX NY DX DY NT DT SCRI O BSECCONTROL KS KS CO FICH_MDT D CAB FOZ BES INAD C AT CH QILINI ICH_KMANNI ICH_CLASS DAT NG ESDE DAT SOLO DAT ICH CLASS ESDE ICH CLASS USO DOSOLO DAT ESDE NF LT DAT RY RY RY RY RY RY RY RY RY OY DAT ICH PROPSOLOSGA ICH PROPSOLOSSCS DAT ICH CHUVA ICH RESES C DAT ICH RESCHUVA DAT DAT Descri o das vari veis contidas neste ficheiro DESCRI NX O nome do projecto n mero de c lulas segundo a horizontal n mero de colunas do modelo digital do terreno Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo A Descri o do programa MDBH NY DX DY NT DT BSECCONTROL KSCAB KSFOZ COEFS NA FICH M DT DAT DAT FICH KMANNING DAT FICH CLASSESDESOLO DAT FICH CLASSESDEUSODOSOLO FICH CLASSESDEINFILT DA
17. Dim ic As Integer Dim pl As Sing Dim p2 As Sing Dim p3 As Sing Dim p4 As Sing Dim p5 As Sing Dim p6 As Sing Dim p7 As Sing Dim p8 As Sing DODDMODMODMDMO Dim p9 As Sing Dim mi As Single Dim m2 As Single Dim m As Single Dim coefB As Single Dim maxordem As Integer ordem do ultimo tro o maxordem Ordem Nc coeficiente de proporcionalidade entre a ordem do tro o e a largura do rasto do canal coefB MaxB maxordem ee eee te ee eee ee ee ee ee ee suposi o de os tro os terem margens a 1 1 For ic 1 To Ne E sM1 ic 1 id sM2 ic 1 7 sB ic coefB Ordem ic j Next ic Exit Sub ee ete ete ee ee ee ee ee ee RARA For ic 1 To Nc calcula a largura do rasto do canal sB ic coefB Ordem ic determina qual a direc o do tro o ic nl nol ic n 1 do tro o ic n2 no2 ic n 2 do tro o ic C1 ixNNo n1 coluna L1 iyNNo nl linha C2 ixNNo n2 coluna L2 iyNNo n2 linha If C1 1 Or C1 Nx Or L1 1 Or L1 Ny Or C2 1 Or C2 Nx Or 12 1 Or L2 Ny Then sM1 ic 1 sM2 ic 1 ElseIf C2 Cl And L2 L1 1 Then S pl DEM C1 1 L1 p2 DEM C1 L1 p3 DEM C1 1 L1 p7 DEM C1 1 12 p8 DEM C1 L2 p9 DEM C1 1 12 p4 pl p7 2 p5 p2 p8 2 p6 p3 p9 2 If p3 1 Or p9 1 Or p6 p5 Then sMi ic 1 Else sM1 ic Dx sB ic 2 p6 pd End If If pl 1 Or p7 1 Or p4
18. Dx ixNNo no2 ic y2 Dy iyNNo no2 ic widt Ordem ic 1 8 Print 1 PLINE Cstr xl 7 CStr yl p 7 We CStr widt CStr y2 Print 1 TEXT CStr X1 X2 2 CStr Y1 Y2 2 Next ic desenha as celulas Print 1 color 6 no 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx x ix Dx y ciy Dy no no 1 Print 1 POINT CStr x CStr y Print 1 TEXT tz CStr x e ESE y 33 te CStr no ye a Print 1 LINE CStr x Dx 2 CStr y Dy 2 CStr y Dy 2 mn Print 1 LINE CStr x Dx 2 CStr y Dy 2 CStr y Dy 2 7 7 Print 1 LINE CStr x Dx 2 yN CStrly Dy 2 CStr y Dy A om Print 1 LINE CStr x Dx 2 CStr y Dy 2 Cstr y Dy 2 Next ix Next iy desenha a quadricula ne F CStr widt mW F We i We i me i we i Print 1 color 7 For ix 3 To Nx Step 5 For iy 3 To Ny Step 5 X ix Dx Y iy Dy Print fl PLINE y CStr X 5 Dx 2 Mt CStr Y 5 Dy 4 2 5k Dx Dj Me CStae ye Fb Dy 2 mr Print 1 PLINE CStr X 5 Dx 2 CStr Y 5 Dy 2 5 Dx 2 CStr Y 5 Dy 2 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua now 0EStr X2 5 tT we Str ic CStr x Dx 2 Cstr x Dx 2 CStr x Dx 2 CStr x Dx 2 w 10 0 10 0 Ww 10 0 10 0 ne n
19. Dy 1000 Next ich End If Next icel CalculaVolumePrecipitacaoTotal vp End Function Public Function CalculaVolumePrecipitacaoEfectivaTotalGA Dim vp As Single Dim ich As Integer Dim icel As Integer vp 0 For icel 1 To Nx Ny For ich 1 To nChuva vp vp ExChuvaGA icel ich Dx Dy 1000 Next ich Next icel CalculaVolumePrecipitacaoEfectivaTotalGA vp End Function Public Function CalculaVolumePrecipitacaoEfectivaTotalSCs Dim vp As Single Dim ich As Integer Dim icel As Integer vp 0 For icel 1 To Nx Ny For ich 1 To nChuva m3 vp vp ExChuvaSCS icel ich Dx Dy 1000 Next ich Next icel CalculaVolumePrecipitacaoEfectivaTotalSCS vp End Function Public Function Porosidade icel As Integer As Single Porosidade Nsolo CInfilt icel End Function Public Function PorosidadeEfectiva icel As Integer As Single PorosidadeEfectiva NEsolo CInfilt icel End Function Public Function qGA nol As Integer no2 As Integer L As Single t As Single As Single caudal de percurso t em segundos Dim exch As Single converte de mm por dtchuva para mm hora litros hora a exch ExcessoDeChuvaGA nol t ExcessoDeChuvaGA no2 t 2 dtChuva 3600 exch ExcessoDeChuvaGA nol t dtChuva 3600 mm m m litro Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua B 37 Anexo B C digo fonte do programa MDBH converte de litros hora par
20. Dynamics Springer Verlag Franz D Melching C 1997 Full Equations model for the Solution of the Full Dynamic Equations of Motion for One Dimensional Unsteady Flow in Open Channels and through Control Structures U S Geological Survey Water Resources investigations Report 96 4240 138 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Bibliografia 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Fread D L Lewis J M 1998 NWS FLDWAV MODEL Hydrologic Research Laboratory Office of hydrology National Weather Service Graf Walter H Altinakar M S 1998 Fluvial Hydraulics Wiley Hornberg G M Raffensperger J P Wilberg P L 1998 Elements of Physical Hydrology The Johns Hopkins University Press Kopp Erwin Sobral Manuel Soares Teresa Woerner Martin Os solos do Algarve e as suas caracter sticas Min da Agricultura Pescas e Alimenta o DGHEA Direc o Regional de Agricultura do Algarve DRAA Sociedade Alem de Coopera o T cnica Faro 1989 Kothyari U C Tiwari A K Singh R 1997 Estimation of temporal variation of sediment yeld from small catchments through the kinematic method Journal of Hydrology 203 1997 pag 39 57 Kutilek Miroslav Nielsen Donald R Soil Hydrology 1994 Catena Verlag Lencastre A Franco F M 1992 Li es de Hidrologia Universidade Nova de Li
21. equa o de Green Ampt o excesso de precipita o dado em mm hora vari veis para o c lculo do excesso de chuva pelo m todo de GreenAmpt Dim Dim Dim Dim Dim 7 Dim pondi As Boolean Dim ExChuvaAcumGA As Single Dim Dim Dim Dim Dim Dim Dim Dim Dim Dim classe Dim Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua ChuvaAcumGA As Single ChuvaIntGA As Single InfiltMaxGA As Single InfiltAcumGA As Single Pond As Boolean K As Single Ftl As Single Ftx As Single Ft As Single i As Integer dTeta As Single icel As Integer ix As Integer iy As Integer ich As Single de solo cs As Integer chuva acumulada intencidade de precipita o taxa potencial maxima de infiltra o infiltra o acumulada verdadeiro se ocorrer excesso de precipita o identifica os intervalos em que se verifica excesso de precipi excesso de chuva acumulado conductividade hidr ulica corrigida vari veis para o c lculo por substitui es sucessivas da eq de Green Ampt contagem das iterac es para a resolu o varia o do teor de humidade volum trico da eg de Green Ampt contagem das c lulas contagem de coluna contagem de linha contagem do intervalo de tempo identifica o da classe de solo a que a c lula corrente pertence B 41 Anexo B C digo fonte do programa MDBH intervalo de tempo Dim dtCh As Single incremento de tempo
22. es na bacia Possibilitando uma abordagem de controlo de cheias n o pela interven o no leito como usual mas pelo reordenamento da bacia pr ticas de conserva o do solo e altera o do seu uso O modelo baseia se em equa es f sicas para modelar os fen menos da infiltra o e do escoamento superficial Para modelar o escoamento superficial o modelo desenvolvido emprega a equa o da onda cinem tica Esta equa o resolvida por dois m todos num ricos distintos por forma a detectar acumula o de erros e problemas de converg ncia A rede hidrogr fica alimentada por caudais de percurso que s o determinados pelo excesso de precipita o numa vis o do escoamento superficial descrita por Horton 1933 O excesso de precipita o fun o da intensidade de precipita o e das caracter sticas do solo A modela o da infiltra o efectuada por dois m todos distintos a equa o de Green Ampt e o m todo da Curva N mero do Soil Conservation Service por forma a que os resultados possam ser controlados e aferidos mais facilmente O modelo desenvolvido aplicado bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel exemplo que serve para aferir os dados por retro an lise comparando os resultados obtidos pela simula o com os valores de campo observados na esta o hidrom trica de Bodega Deste modo poss vel prever para poss veis cen rios de altera o das condi es da bacia hidrogr fica qual a futur
23. iyNNo cel Open ficheiro For Output As 1 Do cota DEM ix iy distAcum distAcum Dist ixx ix iyy iy Call Direc ix iy If ix ixx Then Dist Dy ElseIf iy iyy Then Dist Dx Else Dist Sqr Dx 2 Dy 2 End If Print 1 Format distAcum Loop Until ixx ix And iyy iy Close 1 End Sub 0000 00 KsFoz KsCabeceira me i ficheiro As String Format cota Public Sub GravaCalculoDaRedeHidrografica ficheiro As String Dim ic As Integer Dim j As Integer Open ficheiro Print 1 Print 1 Print 1 For Output As 1 Ordem Nc 1 0000 00 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo B C digo fonte do programa MDBH For ic 1 To Ne Print 1 nol ic Print 1 no2 ic Print 1 Ordem ic Print 1 sL ic Print 1 sSO ic Print 1 sMi ic Print 1 sM2 ic Print 1 sB ic For j 1 To Nt Print 1 Ql ic 5 Print 1 Q2 ic 5 Print 1 H2 ic 5 Print 1 cK ic 5 Next j Next ic Close 1 End Sub Public Sub GravaRedeHidrografica ficheiro As String Dim ic As Integer Dim j As Integer Open ficheiro For Output As 1 Print 1 Nc For ic 1 To Ne Print 1 nol ic Print 1 no2 ic Print 1 Ordem ic Print 1 sL ic Print 1 sSO ic Print 1 sMi ic Print 1 sM2 ic Print 1 sB ic Next ic Close 1 End Sub Public Sub AbreCalculoDaRedeHidrografica ficheiro As String Dim ic As Integer
24. mm icel 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 If CInfilt icel lt gt 1 Then Print 1 For ich 1 To nChuva Print 1 Format icel 0000 Ns Print 1 Format ich 1 dtChuva 000000 3 Print 1 Format ChuvaDist icel ich 000 000 Hs Print 1 Format ExChuvaGA icel ich 000 000 We Print 1 Format ExChuvaSCS icel ich 000 000 Next ich End If Next ix Next iy Close 1 End Sub Public Sub LeClassesDeInfilt Dim ix As Integer Dim iy As Integer Open fileClassesDeInfilt For Input As 1 ReDim CInfilt Nx Ny As Integer For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx Input 1 CInfilt NNo ix iy Next ix Next iy Close 1 ncInfilt CalculaNumClassesInfilt End Sub Public Sub LeClassesDeUsoDoSolo Dim iy As Integer Dim ix As Integer classes de uso do solo Open fileClassesDeUsoDoSolo For Input As 1 ReDim CUsoSolo Nx Ny As Integer For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx Input 1 CUsoSolo NNo ix iy Next ix Next iy Close 1 ncUsoSolo CalculaNumClassesUsoSolo End Sub Public Sub LeDadosChuva Dim iEstac As Integer Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 47 Anexo B C digo fonte do programa MDBH Dim ich As Integer dados das esta es meteorologicas e das chuvas Open fileChuva For Input As 1 Input 1 nEstac Input 1 dtChuva Input 1 nChuva ReDim NomeEstac nEstac As String ReDim xEstac nEstac As
25. o i dado por Ks Ks Ordemlic 1 Ate Sea VL2 1 Ordem nc sendo ic tro o corrente Ksic coeficiente de rugosidade de Manning Strickler do tro o ic KScab coeficiente de rugosidade de Manning Strickler dos tro os de cabeceira ordem 1 KSfoz coeficiente de rugosidade de Manning Strickler do tro o final da linha de gua principal nc n mero do ltimo tro o da rede que representa o tro o onde se encontra a esta o hidrom trica Os coeficientes de rugosidade na cabeceira e na sec o de controlo foram atribu dos de acordo com Chow 1973 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 79 Cap tulo VI Modelo Quasi 2D VI 3 Aplica o do modelo de onda cinem tica na rede hidrogr fica A formula o do modelo de onda cinem tica apresentada no cap tulo V refere se situa o de escoamento unidimensional No caso de o escoamento se efectuar numa rede a grelha num rica apresentada na figura V 3 1 ter que ser transformada numa estrutura semelhante apresentada na figura VI 3 1 onde na vertical se representa a vari vel tempo Desta forma cada tro o ter tamb m dois vectores como atributos um representando os caudais no n de montante e outro representando os caudais no n de jusante Cada um destes vectores cont m tantos elementos quantos os intervalos de tempo considerados no c lculo ip o A LR pS or ES ee SA A ASS IN NM LR
26. o precipita o efectiva hor ria c l la 3342 anta a SS pa STR aa a 121 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua xix ndice de figuras Figura VIII 1 2 7 Hietograma de precipita o precipita o efectiva hor ria c lula 4720 csiesssisvecciees Muscsuscccatectoussteeekecounseotees Figura VIII 1 2 8 Hietograma de precipita o precipita o efectiva hor ria celula S7 89 atue sis Re eS ee o ee Figura VIII 1 2 9 Hidrogramas calculados e observados na esta o hidrom trica de Bodega c lula 6230 Figura VII 1 2 10 Hidrogramas calculados c lula 3820 Figura VII 1 2 10 Hidrogramas calculados c lula 4060 Figura VII 1 2 10 Hidrogramas calculados c lula 4608 Figura VIII 1 2 10 Hidrogramas calculados c lula 4939 Figura VIIL1 3 1 Curvas IDF para S o Br s de Alportel Figura VIII 1 3 2 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos Figura VII 1 3 3 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos Figura VII 1 3 4 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos Figura VII 1 3 5 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos Figura VIII 1 3 6 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos
27. o vaques Quadro VII 5 1 Classes taxon micas do solo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel D 1 5 As reas de cada uma das classes taxon micas e respectiva percentagem da rea total da bacia s o indicadas no quadro VII 5 2 Areas das classes taxon micas do solo Csolo Area Area Csolo Area ID m2 ID m2 122960000 200000 360000 80000 2160000 40000 880000 120000 400000 400000 240000 480000 2440000 640000 600000 Quadro VII 5 2 Areas das classes taxon mica do solo 96 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel A textura de cada uma destas classes taxon micas para os solos do Algarve referida em Kopp 1989 Estes valores est o indicados no quadro VII 5 3 Pelas percentagens de areia silte e argila Pelo baco 1 2 1 3 indicada a classifica o de cada uma das classes taxon micas segundo a classifica o textural do Soil Conservation Service Os valores referidos s o valores m dios de um intervalo bastante alargado de valores indicados por Kopp 1989 Solo Prof gt 2 mm Areia Areia Areia limo argila MO Solo SROA grossa fina SCS Yo Yo Yo EE IS DA Lello lo 201 SS 4 10 1 EE EE E CE O PS Le Vc Pc gt gt fe po RR O ee ee PR Ved Pcjl 1 14 1 0 1 lc AE pot t AE 4 A a B 207 54 14 33 47 21 pea ea EEE 2 5 EA 43 27 EE VEEN
28. p5 Then sM ic 1 Else sM2 ic Dx sB ic 2 p4 pd Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH End If If sMl ic lt 0 Then sM1 ic 1 If sM2 ic lt 0 Then sM2 ic 1 If sMi ic 1 And sM2 ic lt gt 1 Then sM1 ic sM2 ic If sMl ic lt gt 1 And sM2 ic 1 Then sM2 ic sM1 ic ElseIf C2 Cl 1 And L2 L1 1 Then SE pl DEM C1 L1 p2 DEM C2 L1 p3 DEM C1 L2 p4 DEM C2 L2 p5 pl p4 2 If p2 1 Or p2 p5 Then sM1 ic 1 Else sM1 ic 0 5 Sqr Dx 2 Dy 2 sB ic 2 p2 p5 End If If p3 1 Or p3 p5 Then sM2 ic 1 Else sM2 ic 0 5 Sgr Dx 2 Dy 2 sB ic 2 p3 p5 End If If sMl ic lt 0 Then sM1 ic 1 If sM2 ic lt 0 Then sM2 ic 1 If sMi ic 1 And sM2 ic lt gt 1 Then sM1 ic sM2 ic If sMi ic lt gt 1 And sM2 ic 1 Then sM2 ic sM1 ic ElseIf C2 C1 1 And L2 L1 Then E pl DEM C1 L1 1 p2 DEM C1 L1 p3 DEM C1 L1 1 p7 DEM C2 L2 1 p8 DEM C2 12 p9 DEM C2 L2 1 p4 p1 p7 2 p5 p2 p8 2 p6 p3 p9 2 If p3 1 Or p9 1 Or p6 p5 Then sM1 ic 1 Else sM1 ic Dx sB ic 2 p6 p5 End If If pl 1 Or p7 1 Or p4 p5 Then sM2 ic 1 Else sM2 ic Dx sB ic 2 p4 p5 End If If sMl ic lt 0 Then sM1 ic 1 If sM2 ic lt 0 Then sM
29. qGA nol no2 L t ElseIf mcPe 2 Then scs qp qSCS nol no2 L t Else MsgBox Erro End If End Function Private Function fq qll As Single alfa As Single beta As Single C As Single L As Single As Single fun o utilizada por Newton fun o utilizada por OndaCinamaticaExplicitoNaoLinear fq Dt L qll alfa qll beta C End Function Private Function dfq qll As Single alfa As Single beta As Single L As Single As Single dfq Dt L alfa beta q11 beta 1 End Function Public Sub ExportaMDT_To_Surfer Dim iy As Integer Dim ix As Integer Open c mdt txt For Output As 1 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx If DEM ix iy lt gt 1 Then Print 1 ix Dx ti iy Dy o DEM ix iy End If Next ix Next iy Close 1 End Sub Public Function Newton Qini As Single alfa As Single beta As Single C As Single L As Single As Single resolu o num rica de fun es n o lineares Dim X As Single Dim Y As Single Dim xr As Single Dim f As Single Dim df As Single Dim i As Integer Dim erro As Single Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 17 Anexo B C digo fonte do programa MDBH X Qini For i 1 To 1000 If X lt 0 Then X 0 Else df dfq X alfa beta L End If f fq X alfa beta C L xr X R X fdf erro Abs X xr X If erro lt 0 001 Then Exit For Next i Newton X End Function Public Sub Desenh
30. rea em m s km cm Se tpr 5 5tr ent o tr t tpr tp qpr qp Nesta situa o C e C s o calculados pela equa o 1 2 7 2 e 11 2 7 3 SE tyr 5 5 tr O tempo de retardamento 1 2 7 4 as equa es 1 2 7 1 e I 2 7 4 s o resolvidas para t e t Os valores de C e C s o calculados pelas equa es II 2 7 2 quando uma bacia n o instrumentada tem as mesmas caracter sticas de uma bacia instrumentada na qual os par metros C e C foram determinados estes par metros s o utilizados no hidrograma da esta o n o instrumentada a rela o entra q qpr dada por 1 2 7 5 o tempo base do hidrograma determinado por forma a que a rea do hidrograma seja igual ao volume de uma lamina de gua com um cent metro distribu da uniformemente por toda a rea da bacia Assumindo uma forma triangular do hidrograma unit rio o tempo base calculado por Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 19 Cap tulo II S ntese de conhecimentos ss 1 2 7 6 dpr em que C constante igual a 5 56 A largura em horas do hidrograma unit rio para 75 e 50 do caudal de ponta dada por W Giga IL 2 7 7 w pR sendo C constante igual 1 22 para 75 e 2 44 para 50 Figura 11 2 7 1 Hidrograma unit rio sint tico de Snyder s 11 2 8 Hidrograma adimensional do Soil Conservation Service O hidrograma adimensional do Soil Conserva
31. sM1 ic ElseIf C2 Ci 1 And L2 L1 1 Then SW pl DEM C1 L1 p2 DEM C2 L1 p3 DEM C1 L2 p4 DEM C2 L2 p5 pl p4 2 If p3 1 Or p3 p5 Then sM1 ic 1 Else sM1 ic 0 5 Sqr Dx 2 Dy 2 sB ic 2 p3 p5 End If If p2 1 Or p2 p5 Then sM2 ic 1 Else sM2 ic 0 5 Sqr Dx 2 Dy 2 sB ic 2 p2 p5 End If If sMl ic lt 0 Then sM1 ic 1 If sM2 ic lt 0 Then sM2 ic 1 If sMi ic 1 And sM2 ic lt gt 1 Then sM1 ic sM2 ic If sMl ic lt gt 1 And sM2 ic 1 Then sM2 ic sM1 ic Else se tudo estiver OK nunca se deve chegar aqui MsgBox ERRO na defini o das prop do tro o Str ic End If Next ic End Sub Public Function CalculaVolumeEscoado As Single integra o hidrograma dando o volume escoado numa dada sec o Dim CelVolEsc As Integer Dim canal As Integer Dim ic As Integer Dim j As Integer Dim vol As Single CelVolEsc Val frmCelulaN txtCelulaN Text descobre qual o tro o que parte da c lula For ic 1 To Ne If nol ic CelVolEsc Then canal ic Exit For End If Next ic For j 1ToNt 1 vol vol Dt Ql canal j Ql canal j 1 2 Next j MsgBox Str vol CalculaVolumeEscoado vol B 8 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH Exit Function CalculaVolumeEscoado CANCEL End Function Public Function CoefRugo
32. 2 1 13 F wy AO F y AO Integrando vem F t t A0 1 2 ar xa 111 2 1 14 A F 4 40 o Primitivando obt m se F t y A6 n F t y AB nhy A K t 1 2 1 15 O que equivalente a F t K t w A0 In 1 FW III 2 1 16 w AO Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo III Caudais de percurso A equa o III 2 1 16 a equa o de Green Ampt para a c lculo da infiltra o acumulada Como a velocidade de infiltra o a derivada da infiltra o acumulada em ordem ao tempo FFI g VAD ij 2 1 17 He or F t A equa o 11 2 1 16 uma equa o n o linear em ordem a F n o tendo solu o anal tica no entanto pode ser resolvida num ricamente pelo m todo das substitui es sucessivas ou Newton Raphson por exemplo Para a utiliza o desta equa o necess rio conhecer a porosidade 1 porosidade efectiva O altura de suc o na frente de humedecimento w e conductividade hidr ulica K do solo em quest o Valores dif ceis de obter de forma sistematizada por toda a superf cie de estudo No entanto Raws Brakensiek e Miller 1983 utilizando um m todo proposto por Raws 1981 para determinar os par metros da equa o de Green Ampt que se baseia na equa o de Brooks Correy Estes autores analisaram cerca de 5000 amostras de solo para determinarem os valores m dios dos par metros da equa o de Green Ampt Para a porosidade e porosidade
33. 26 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos eee cake a b c Figura 2 5 1 Modelos digitais do relevo a Malha regular de c lulas b malha triangular irregular c isolinhas de altitude As malhas de c lulas regulares s o especialmente capacitadas para a utiliza o em sistemas de Informa o Geogr fica SIG Permitem uma grande efic cia na combina o de elementos com caracter espacial Outra vantagem das malhas de c lulas regulares a sua adequa o integra o pela estrutura de dados do tipo raster mesma estrutura em que obtida a informa o por detec o remota Isto refor a as vantagens deste tipo de malhas no meio dos SIG As malhas de c lulas regulares s o f ceis de implementar em termos de c lculo computacional e conduzem a uma boa efici ncia de c lculo A utiliza o deste tipo de malhas tem como desvantagens a depend ncia entre os resultados do modelo e a dimens o da quadr cula e o tra ado em zigue zague que pode surgir no tra ado da rede hidrogr fica o que pode ser evitado se forem tomadas as devidas precau es A possibilidade de posicionamento arbitr rio dos pontos nos modelos TIN levam a que estes modelos tenham uma representa o mais precisa de certos acidentes topogr ficos por m gerar a malha a partir dos pontos cotados e adequa la ao modelo do escoamento superficial revela se um processo mais complexo do que
34. A diferen a progressiva dada por y x Ax y x hg Ox 0 Ax V 3 7 desprezando os termos de ordem superior o Ax 0 V 3 8 vem ay _ yet Ax yx V3 9 Ox Ax cuja aproxima o de primeira ordem A diferen a regressiva dada por y x y x Ax ax 240 2 V 3 10 X desprezando os termos de ordem superior o Ax 0 V 3 11 vem dy _ ylx y x Ax V 3 12 ax Ax cuja aproxima o de primeira ordem Para a resolu o num rica por diferen as finitas da equa o da Onda Cinem tica s o utilizados dois m todos num ricos distintos O primeiro designado por m todo linear menos robusto e os resultados s o afectados pela rela o podendo surgir acumula o de erros para valores muito altos desta rela o Os resultados obtidos pelo m todo linear s o usados como ponto de partida para o m todo n o linear Os resultados vindos do m todo n o linear n o s o afectados pela 64 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo V Onda cinem tica estimativa inicial apenas o tempo de c lculo afectado Pode ser tomado um vasto leque de At ee A valores de Ar sem que sejam introduzidos erros no resultado obtido Li Simons e Stevens 1975 mediante uma an lise de estabilidade conclu ram que o m todo n o linear para a resolu o da equa o da onda cinem tica incondicionalmente est vel referido em Chow 1988
35. As Single m2 As Single b As Single s0 As Single As Single B 22 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH funciona en conjunto com a fun o calcHTrap Dim f1 As Single Dim f2 As Single Kt Oe Fh 2 doh mL m2 05 7B 80 SE af 2 b h Sqr 1 ml 2 Sqr 1 m2 2 2 3 El 2 fQTrapezio f1 f2 Q End Function Private Function fQRectang Q As Single h As Single K As Single b As Single s0 As Single As Single funciona en conjunto com a fun o calcHTrap Dim f1 As Single Dim f2 As Single fL 2 K tb tn A 5 03 80 1 AEA bo 420 hp 20 03 fQRectang fl f2 Q End Function Public Function CalcHTrapezio Q As Single hini As Single K As Single ml As Single m2 As Single b As Single s0 As Single erro As Single As Single c lculo da altura uniforme numa sec o trapezoidal k coef de rugosidade ml tangente do talude 1 m2 tangente do talude 2 bh largura do rasto do canal so declive do perfil longitudinal Q caudal Dim hr As Single Dim i As Integer Dim h As Single h hini For i 1 To 1000 hr h h Q K sO 0 5 0 6 b h Sqgr 1 ml 2 Sqr 1 m2 2 0 4 b 0 5 h ml h m2 If Abs h hr Abs h lt erro Then Exit For Next i CalcHTrapezio h End Function Public Function CalcHRectangulo Q As Single hini As Single K As Single
36. Dim j As Integer Open ficheiro For Input As 1 Input 1 Nt Input 1 Dt Input 1 Nc ReDim nol Nc As Integer ReDim no2 Nc As Integer ReDim Ordem Nc As Integer ReDim sL Nc As Single ReDim sS0 Nc As Single ReDim sM1 Nc As Single ReDim sM2 Nc As Single ReDim sB Nc As Single ReDim Q1 Nc Nt As Single ReDim Q2 Nc Nt As Single ReDim H2 Nc Nt As Single ReDim cK Nc Nt As Single For ic 1 To Ne Input 1 nol ic Input 1 no2 ic Input 1 Ordem ic Input 1 sL ic Input 1 sS0 ic Input 1 sM1 ic Input 1 sM2 ic Input 1 sB ic For j 1 To Nt Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 13 Anexo B C digo fonte do programa MDBH Input 1 Ql ic 5 Input 1 Q2 ic 5 Input 1 H2 ic j Input 1 cK ic j Next 5 Next ic Close 1 End Sub Public Sub AbreRedeHidrografica ficheiro As String Dim ic As Integer Dim j As Integer Open ficheiro For Input As 1 Input 1 Ne ReDim nol Nc As Integer ReDim no2 Nc As Integer Ordem Nc As Integer sL Nc As Single sS0 Nc As Single sM1 Nc As Single sM2 Nc As Single sB Nc As Single ReDim ReDim ReDim ReDim ReDim ReDim ReDim Nt Nt Nt Nt As As As As Q1 Nc Q2 Nc H2 Nc cK Nc Single ReDim Single ReDim Single ReDim Single For ic 1 To 1 1 1 1 1 1 1 1 Ne Input nol ic Input Input no2 ic Ordem ic Input Input Input sL ic sS0 i
37. Engenharia do Solo e da gua 47 Cap tulo IV Equa es de Saint Venant Figura IV 1 3 Volume de controlo Perfil transversal 48 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo IV Equa es de Saint Venant O caudal que entra no volume de controlo a soma do caudal Q que entra pela sec o de montante com o caudal de percurso q que entra lateralmente O caudal q dado em m s m assim o caudal total de percurso dado por q dx IV 1 1 ent o a entrada de massa para o volume de controlo dada por p V dA p 0 q dx IV 1 2 entrada O sinal negativo aparece porque os caudais de entrada s o considerados negativos no teorema de transporte de Reynolds A massa que sai do volume dada por JJ p V dA p Gea a IV 1 3 em que do IV 1 4 Ox representa a varia o do caudal no volume de controlo ao longo da dist ncia O volume do elemento dado por A dx IV 1 5 sendo A a rea m dia da sec o transversal Assim a varia o da massa armazenada no volume de controlo dada por a mall nave do Aa vas IV 1 6 A sa da de massa do volume de controlo calculada por d p A dx p O audi p 0 SE da no IV 1 7 ox Ou seja a soma da massa que sai com a varia o no interior volume de controlo igual massa que entra Assumindo que a densidade do fluido p constante a equa o IV 1 7 pode ser dividida por p dx de onde se obt m a eq
38. Figura III 2 2 1 Abaco das curvas numero SCS i Os t cnicos do SCS determinaram por via experimental a rela o entre P e P para diversas reas e criaram curvas n mero padr o CN O valor do n mero de escoamento adimensional e pode variar entre O e 100 Para superf cies completamente imperme veis toma o valor 100 e para superf cies naturais solos toma valores menores que 100 A rela o entre a reten o m xima S e n mero de escoamento CN dada por 1000 CN S 10 1 2 2 7 Substituindo a equa o 1 2 2 7 em 1 2 2 6 vem P 2 P 200 1 2 2 8 P 8 CN Como esta equa o foi desenvolvida utilizando polegadas como unidade convertendo para mil metros 1 in 25 4 mm obt m se 2 p 5080 so P H1 2 2 i 20320 A P 203 2 CN 40 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo III Caudais de percurso O valor de CN para v rios tipos de solos e respectiva ocupa o foi determinado por via experimental Os solos s o divididos em quatro grupos hidrol gicos A B C e D A Baixo potencial de defl vio Terrenos muito perme veis com pouco silte e argila Os valores mais baixos de CN est o dentro deste tipo B Capacidade de infiltra o acima da m dia ap s completo humedecimento Solos arenosos menos profundos que os do tipo A C Capacidade de infiltra o abaixo da m dia depois de pr satura o Cont m apreci vel percentagem
39. HC E ES E E TT me EE 52 13 35 sol_ e o IIM 30 20 50 Bt 2060 32 7 1m f i8 23 so 128 c 6 193 2 TE 52 4 27 Be f gt d E DEE RES RES Da LB 2065 7 7 le 14 2 e E ss EE ooo ee Ip te ASA CE a Ss o LA 2 9 4f 5 17 24 f sa Bee 5 3 s3 6e 15 24 sci B 2565 17 2 29 50o 22 28 098 sci es es r PESE ee ee B2 15 35 15 5 15 17 32 28 40 2 06 cl 4 Pe Ap 0 20 f 17 1n 27 33 277 3f f co E 8 2045 40 12 20 40 28 32 f oa 15 Al Px PE S E S a E i Le Sa 7 s 73 n EEE gt 20 o 14 ly so li Quadro VII 5 3 Textura dos horizontes das classes taxon micas De acordo com Kopp 1989 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 97 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Rawls Bkensiek e Miller 1983 efectuaram a an lise de mais de 5000 solos e prop em os seguintes valores de porosidade porosidade efectiva altura de suc o na frente de humedecimento e conductividade hidr ulica Os valores da satura o efectiva para os solos capacidade de campo e no ponto de emurchecimento referidos s o propostos por Kopp 1989 com base na an lise de solos do Algarve O grupo de solo hidrol gico dado em fun o da classifica o textural do Soil Conservation Service e nos estudos de Raws et all 1982 Ver cap tulo III 2 Par metros para a equa o de Green Ampt urva olo H P P
40. III Com base em Brand o 1998 as curvas IDF para per odos de retorno T de 50 100 500 e 1000 anos para as esta es de Faro e S o Br s de Alportel s o b min I at VIL4 1 mml hora d Pon o lehoras VII 4 2 A curva de vaz o apresentada v lida para o per odo de 95 10 01 a 96 03 11 94 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Esta o udogr fica T 100 T 500 T 1000 S Bras de Alportel I 570 33 t 1 708 99 1 7 1 1174 97 0 1 1458 66 1 P 53 94 2 424 P 66 78 i 1242 P 109 32 0420 P 135 16 9419 1 637 12 1 8 8 703 88 2 1 858 24 198 1 923 71 1 P 467442 P 52 07 10 P 642740 P 69 75 10 8 Quadro VII 4 7 2 Curvas IDF VII 5 Pedologia De acordo com a carta de solos de Portugal na bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel encontram se os solos referidos no quadro VII 5 1 cuja distribui o espacial se representa na figura VIL5 1 Figura VII 5 1 Classes taxon micas do solo da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 95 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Categorias taxon micas Solos incipientes Litossolos dos climas sub h midos e semi ridos de xistos ou grauvaques Vc Solos calc rios vermelhos
41. Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua S mbologia So S S S2 S3 lt lt lt 9a S reten o m xima por infiltra o ou estagna o em pequenas depress es do solo declive da linha de energia declive do perfil longitudinal do leito perda de carga devida expans o ou contrac o declividade entre a nascente e a foz declividade m dia declividade equivalente constante tempo de concentra o tempo tempo de concentra o da c lula cel tempo correspondente is crona se est a determinar tempo que a onda leva a percorrer a dist ncia x c tempo de ascens o do hidrograma tempo de dura o da chuva esfor o de corte entre o ar e a superf cie livre do volume de controlo tens o tangencial ou de arrastamento vari vel de integra o representa o instante onde ocorre o impulso velocidade m dia do escoamento resposta de um sistema linear a um caudal unit rio que entra instantaneamente no sistema velocidade do escoamento volume de gua no interior do volume de controlo velocidade relativa entre o fluido e o ar velocidade m dia do escoamento ngulo formado entre a direc o do vento e a direc o do escoamento posi o medida no sentido longitudinal do leito Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua xi S mbologia x distancia medida segundo o perfil longitudinal Xic dist ncia percorrida ao longo do canal ic y altura da
42. Roy Floods Phisical Processes and Human Impacts Wiley 1998 33 Ven te Chow 1964 Handbook of Applied Hydrology McGraw Hill 140 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Bibliografia 34 Ven te Chow 1959 Open Channel Hydraulics McGraw Hill 35 Ven te Chow Mays Larry Maidment David 1988 Applied Hydrology McGraw Hill 36 Wigmosta Mark S Burges Stephen J 1997 An adaptive modeling and monitoring approach to describe the hydrologic behavior of small catchments Journal of Hydrology 202 1997 pag 48 77 37 Yates David N 1997 Approaches to Continental Scale Runoff for Integrated Assessment Models Journal of Hydrology 201 1997 pag 289 310 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 141 Bibliografia 142 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo A Descri o do programa MDBH A Descri o do programa MDBH A teoria apresentada nos cap tulos II a VI recorre a m todos num ricos que necessitam de um volume apreci vel de c lculo Esta abordagem s poss vel de por em pr tica recorrendo ao calculo computacional Assim por forma a implementar o modelo foi escrito no mbito deste trabalho um programa em Visual Basic o MDBH Modelo Distribu do de Bacia Hidrogr fica O programa tem uma interface gr fica como a apresentada na figura A 1 amp MDBH D _Trab _M
43. Substituindo vem 48 61 6 270 0 64 Tc oars 5 85 horas 104 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel VII 8 4 Formula de Picking E 0 333 Tc 0 088333 Ea S sendo E comprimento da linha de gua principal em km Ss declividade equivalente constante em m m Substituindo vem 48 51 Tc 0 088333 0 006279 0 333 6 35 horas VII 8 5 F rmula de Temez E 0 76 E comprimento da linha de gua principal em km sendo S3 declividade equivalente constante em percentagem Substituindo vem 0 76 Tc 0 3 Ca 6 27 horas ea horas Ven Te Chow Quadro VII 8 1 Quadro resumo dos tempos de concentra o Atendendo aos valores fornecidos por estas f rmulas emp ricas estima se que o tempo de concentra o da Ribeira de Alportel ser de aproximadamente 7 horas Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 105 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel VIL9 Fotos da bacia hidrogr fica Fotografia VII 9 1 Cabeceira da Ribeira de Alportel Fotografia VII 9 2 Aspecto de uma zona de cabeceira 106 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Fotografia VII 9 3 In cio de uma l
44. b As Single s0 As Single erro As Single As Single calculo da altura uniforme numa sec o trapezoidal k coef de rugosidade b largura do rasto do canal so declive do perfil longitudinal Q caudal Dim hr As Single Dim dhi As Single Dim dfx As Single Dim i As Integer Dim f1 As Single Dim f2 As Single Dim h As Single Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 23 Anexo B C digo fonte do programa MDBH h hini For i 1 To 1000 hr h h 0 K s0 0 5 0 6 b 2 h 0 4 b If Abs h hr Abs h lt erro Then Exit For Next i CalcHRectangulo h End Function Public Sub OndaCinematicaExplicitoNaoLinear Dim j As Integer iterac o pelo tempo Dim ic As Integer iterac o pelos tro os Dim kc As Integer procura pelos tro os Dim nl As Integer n 1 do tro o ic Dim n2 As Integer no 2 do tro o ic Dim alfa As Single parametros da equa o Dim beta As Single parametros da equa o Dim C As Single parametro dos termos conhecidos Dim Ph As Single perimetro molhado Dim krg As Single coef de rugosidade Dim h As Single frmProgress Show i o frmProgress prgBAR Min Il Z a frmProgress prgBAR Max frmProgress prgBAR Value 0 beta 3 5 limpa todos os valores de Q1 s os valores de Q2 s o necess rios como valor necess rio para o inicio das iterac es For j 1 To Nt For ic 1 To Ne Ql ic j 8 Next ic
45. cinem tica Um observador que se desloque com uma velocidade Z verifica que o caudal t d A aumenta um valor igual a q Se q Oeste observador v o caudal constante x Como dA B dy V 2 8 a celeridade da onda cinem tica pode ser expressa na seguinte forma ld dx d 1 B dy dt dA a B Q Da equa o V 2 9 verifica se que um acr scimo de caudal leva a um aumento da celeridade da onda cinem tica podendo se fazer a representa o qualitativa indicada nas figuras V 2 1 V 2 2 e V 2 3 onde se representa o hidrograma de entrada e os hidrogramas de sa da para as situa es de a n o existir caudal de percurso ou b existir caudal de percurso Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 61 Capitulo V Onda cinem tica Figura V 2 1 Hidrograma de entrada Figura V 2 2 Curva caracter stica Figura V 2 3 Hidrograma de sa da Os hidrogramas de entrada e de sa da s o ligados pelas curvas caracter sticas A equa o dessas curvas dada por x i ax fo cdr V 2 10 0 to no caso particular de o caudal de percurso ser nulo portanto num determinado tro o de canal com propriedades constantes e caudal constante a celeridade da onda cinem tica constante Nessa situa o da equa o V 2 10 resulta x c t t V 2 11 ou explicitando a vari vel t resulta L a ee V 2 12 Cy V 3 Resolu o num rica da equa o de onda cinem tica Zz Como se demonstrou anteriorme
46. da gua Anexo B C digo fonte do programa MDBH precipita o total P For itch 1 To nChuva xl itch 1 dtChuva x2 itch dtChuva yl EscalaChuva ChuvaDistribuida cel itch Call DlinhaA xl yl x2 y1 Call DlinhaA xl yl x1 0 Call DlinhaA x2 yl x2 0 Next itch If mcPe 1 Then precipita o efectiva por Green Ampt For itch 1 To nChuva xl itch 1 dtChuva x2 itch dtChuva yl EscalaChuva ChuvaDistribuidaEfectivaGA cel itch y2 EscalaChuva ChuvaDistribuidaEfectivaGA cel itch 1 Call DlinhaA xl yl x2 y1 Next itch End If If mcPe 2 Then precipita o efectiva por SCS For itch 1 To nChuva xl itch 1 dtChuva x2 itch dtChuva yl EscalaChuva ChuvaDistribuidaEfectivaSCS cel itch y2 EscalaChuva ChuvaDistribuidaEfectivaSCS cel itch 1 Call DlinhaA xl yl x2 y1 Next itch End If For it 1 To Nt maxCaudal Max maxCaudal Q2 canal it Next it If maxCaudal 0 Then Exit Sub If maxCaudal lt 0 00001 Then maxCaudal 1 EscalaCaudal 25 maxCaudal desenha a escala dos caudais For iq 0 To maxCaudal 1 Step maxCaudal 4 Call DlinhaA 1 45 EscalaCaudal iq 2 45 EscalaCaudal iq Call DTextoDA Format ig 0 0 10 45 EscalaCaudal iq 5 45 EscalaCaudal iq Next iq Call DTextoDA m3 s 10 45 EscalaCaudal maxCaudal 1 15 5 45 EscalaCaudal maxCaudal a1 1D Call DTextoDA m3 s 10 16 5
47. de CONtOIO eee ceeseeceeneeceeneeceeeeeceseeecseeeeeneeeesaes 108 Fotografia VII 9 7 Esta o hidrom trica de Bodega 109 Figura VII 1 Discretiza o da rede hidrogr fica da Ribeira de Alportel 112 C lulas de 200200 masa Da ETA A De 112 Figura VIII 2 Discretiza o da rede hidrogr fica da Ribeira de Alportel 112 C lulas de 400x400 is dra sacas ical peuliag tn meet else Diol painel Manic 112 Figura VIII 1 1 Hidrogramas na sec o de controlo dimens o da c lula 200x200 114 Figura VIII 1 2 Hidrogramas na sec o de controlo dimens o da c lula 400x400 115 Figura VII 1 1 1 reas de contribui o eee eee 116 Figura VIII 1 2 1 Hidrogramas na sec o de controlo Pe 2 5 10 e 20 mm hora 117 Figura VIII 1 2 1 Precipita o hor ria observada nas esta es udogr ficas 118 Figura VIII 1 2 2 Hidrograma observado na esta o hidrom trica de Bodega 118 Figura VIII 1 2 3 Localiza o das c lulas utilizadas para controlo de resultados 120 Figura VIII 1 2 4 Hietograma de precipita o precipita o efectiva hor ria c l la ZA O 3 cs erates se aaa a a yeas oeta aei den ts ahortit isesi 120 Figura VIII 1 2 5 Hietograma de precipita o precipita o efectiva hor ria COI 27 OG ata caia a E oa A a E 120 Figura VII 1 2 6 Hietograma de precipita
48. descrito no cap tulo III calculada a distribui o espacial da precipita o Na sequ ncia do c lculo calculado um hietograma para cada c lula Da integra o dos hietogramas em todas as c lulas resulta que o volume precipitado sobre a bacia no per odo em estudo de 17 9 10 m pelo que o coeficiente de escoamento de 118 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel 6 12 25 10 0 68 17 90 10 Os valores das propriedades das classes dos solos referidos na bibliografia e indicados no cap tulo VII foram aferidos por forma a que o volume de precipita o efectiva gerado ao longo do per odo em estudo fosse id ntico ao volume escoado Em rela o ao m todo da Curva N mero como pelos registos pluviom tricos dos dias anteriores n o chovia desde o dia 28 de Novembro considerou se a condi o antecedente de humidade do solo AMCII Os valores de CN arbitrados com base na bibliografia mostraram se praticamente correctos A nica correc o que foi efectuada para o volume de precipita o efectiva ser igual ao volume escoado foi multiplicar os valores de CN AMCID referidos no quadro VII 7 2 por 0 98 Quanto equa o de Green Ampt embora esta equa o seja mais precisa tamb m requer o conhecimento de algumas propriedades f sicas dos solos A informa o que consta na bibliografia pouco precis
49. do NO em fun o do seu numero If Frac no Nx 0 Then iyNNo Int no Nx Else iyNNo Int no Nx 1 End If End Function Public Function ixNNo no As Integer devolve a coluna do NO em fun o do seu numero ixNNo no iyNNo no 1 Nx End Function iyNNo n2 sL ic Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua B 29 Anexo B C digo fonte do programa MDBH Public Sub OrdenaRede ordena os tro os de canal pela sua ordem algoritmo de selection sort Dim ic As Integer Dim m As Integer Dim j As Integer Dim t1 As Single Dim t2 As Single Dim t3 As Single If Nc lt 2 Then Exit Sub For ic 1 To Nc 1 For j ic 1 To Ne If Ordem ic gt Ordem j Then tl nol ic t2 no2 ic t3 Ordem ic nol ic nol 5 no2 ic no2 5 Ordem ic Ordem 35 nol j t1 no2 j t2 Ordem j t3 End If Next 5 Next ic Open c rede txt For Output As 1 Print 1 C N1 N2 Ordem For ic 1 To Ne Print 1 Format ic 00 Format nol ic 00 Us Format Ordem ic 00 B 30 Next ic Close 1 ReDim Q1 Nc Nt As Single ReDim Q2 Nc Nt As Single ReDim H2 Nc Nt As Single ReDim cK Nc Nt As Single End Sub B 2 M dulo Infiltra o Attribute VB Name mdlInfilt Option Base 1 Option Explicit classes de solo Private ncSolos As Integer Private CSolos As Integer usos do solo Private ncUsoSolo As Integer Privat
50. dt varia o da quantidade de movimento devida a varia o da velocidade em ordem ao tempo 1 q 2 E representa a acelera o convectiva e descreve a A ox A varia o da quantidade de movimento devida a uma mudan a de velocidade do escoamento ao longo do canal oy 2 g ae representa a diferen a das resultantes das press es x hidrost ticas actuantes na fronteira do volume de controlo e proporcional varia o da profundidade do escoamento ao longo do canal gS representa a ac o da gravidade e proporcional ao declive do fundo do canal gS representa a ac o do atrito com o fundo e as margens do canal Os termos da acelera o local e convectiva representam os efeitos da ac o de for as inerciais no escoamento Quando o caudal ou a altura da l mina de gua muda num ponto num escoamento lento os efeitos dessa perturba o propagam se para montante Esses efeitos s o considerados no modelo distribu do pelos termos da acelera o local convectiva ou diferen a de press o Utilizando um modelo sint tico imposs vel simular esses efeitos pois estes modelos n o possuem meios de simular este tipo de perturba es Existem v rios modelos distribu dos que t m como base as equa es de Saint Venant como por exemplo o Full Equations Model Franz 1997 ou o FLDWAV Fread 1998 Empregando a equa o da continuidade e considerando todos os termos da equa o da quantidade de
51. efectiva os valores obtidos n o apresentam varia o significativa dentro da mesma classe de solo no entanto para a altura de suc o e conductividade hidr ulica verifica se que estes valores variam consideravelmente mesmo em amostras da mesma classe de solo Os valores indicados no quadro 1 2 1 1 s o valores t picos para a respectiva classe de solo podendo na pr tica surgir alguma discrep ncia em rela o aos valores in situ Textura do solo Porosidade Porosidade Altura de suc o na Conductividade efectiva frente de hidr ulica humedecimento adim adim mm hora mm 0 437 0 417 49 5 117 8 aos asomo arma areia limosa 0 437 0 401 61 3 29 9 limo arenoso 0 453 0 412 110 1 10 9 limo 0 463 0 434 88 9 3 4 limo siltoso 0 501 0 486 166 8 6 5 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 35 Cap tulo III Caudais de percurso limo argiloso arenoso 0 398 0 330 218 5 limo argiloso 0 464 0 309 208 8 limo argiloso siltoso 0 471 0 432 273 0 1 0 sicl 0 418 0 524 0 347 0 517 56 7 1315 0 Lo argila arenosa 0 430 0 321 239 0 argila siltosa 0 479 0 423 292 2 0 5 argila 0 475 0 385 316 3 0 3 writen omom emo Quadro 1 2 1 1 Par metros para a equa o de Green Ampt E O tipo de solo determinado pela sua textura com base num baco triangular de texturas elaborado pelo Soil Conservation Service 80 L ALN 20 AVANAVAVA BY AVAVASAVAVA NR s AAAA A E 00
52. em malhas de c lulas regulares Um modelo distribu do de simula o do escoamento superficial sobre um modelo digital do relevo TIN desenvolvido e apresentado por Silva 1996 A estrutura o dos dados em isolinhas de altitude ou curvas de n vel a forma mais corrente em mapas e cartas topogr ficas No entanto para o processamento autom tico da informa o esta forma n o adequada Os modelos distribu dos n o t m obrigatoriamente que assentar sobre um modelo digital do terreno Uma outra abordagem ser dividir a bacia hidrogr fica em sub bacias Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 27 Cap tulo II S ntese de conhecimentos po os ou fontes que gen ricamente se designam elementos hidrologicos Estes elementos s o ligados por uma rede hidrol gica dentritica e os c lculos s o efectuados na sequ ncia de montante para jusante Cada elemento hidrol gico tem as suas propriedades e os c lculos at podem ser efectuados em cada elemento por modelos diferentes conforme o que for mais adequado ao respectivo elemento hidrol gico Cada elemento provoca uma descarga na rede Esta definida pelo seu perfil longitudinal e respectivas sec es transversais criteriosamente escolhidas Neste canal ou rede de canais aplicado um modelo que permite calcular o caudal na sec o pretendida Este o funcionamento do HEC 1 ou na sua vers o mais recente HEC HMS com certeza o modelo de precipita o
53. escoamento lento As duas fun es s o ponderadas de acordo com a probabilidade de uma gota de gua tomar o caminho lento ou o caminho r pido para a linha de gua Do ponto de vista f sico estas duas fun es representam o escoamento superficial e o escoamento sub superficial Este modelo foi testado numa pequena sub bacia do Mississipi Para a resposta da rede hidrogr fica Naden 1992 sugere tamb m uma solu o de advec o dispers o mas ponderada por uma fun o standarderizada da rede hidrogr fica Esta fun o foi definida pelo autor como o n mero de linhas de gua a uma determinada dist ncia da sec o de controlo a dividir pelo numero total de canais da rede hidrogr fica Em 1994 Troch et al propo m a mesma solu o do que Mesa e Mifflin 1986 contudo para o calculo dos caudais afluentes rede provindos da encosta o autor sugere tamb m uma equa o de advec o dispers o aplicada ao escoamento na encosta ponderado por uma fun o normalizada da encosta definida como a probabilidade de concentra o do escoamento num determinado ponto da encosta a uma determinada dist ncia da rede hidrogr fica Ao contr rio de Mesa Mifflin e Naden Troch et al n o considera a parcela do escoamento lento Uma abordagem para considerar a parcela r pida e lenta de resposta da bacia hidrogr fica a um evento meteorol gico apresentada por Littlewood 1992 e Jakeman 1994 No modelo apresentado por estes autores s o con
54. esta es meteorol gicas Este m todo foi proposto por Wei e McGuiness 1973 e vem referido em Chow 1988 Esta o 3 O N Es RA gt o o o o o i i Esta o 2 A Esta o 1 Figura III 1 1 Dist ncias s esta es meteorol gicas Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 29 Cap tulo ITI Caudais de percurso A dist ncia entre as esta es meteorol gicas e qualquer um dos centros de gravidade das c lulas conhecida sendo a dist ncia entre a esta o meteorol gica e e a c lula i dada pela seguinte express o di asa lo 9 QL 1 1 em que Xi Vi coordenadas de posi o da c lula i Xo Ye coordenadas de posi o da esta o e O valor da precipita o numa determinada c lula correspondente a um determinado instante ser dado pela m dia ponderada pelo inverso das dist ncias esta es udogr ficas consideradas 1 1 2 sendo pi precipita o na c lula i no tempo j dki dist ncia entre a c lula i e a esta o k pi precipita o na esta o k no tempo j i n mero da c lula j intervalo de tempo ne n mero de esta es udogr ficas consideradas Desta forma determina se a precipita o distribu da no tempo e no espa o Este m todo um outros para o mesmo fim com os pol gonos de Thiessen d o valores aproximados quando se consideram valores de precipita o m dios Quando s o aplicados a um evento meteorol gico a di
55. forma do hidrograma unit rio reflecte as suas caracter sticas A utiliza o deste modelo indicada para pequenas bacias hidrogr ficas e d melhores resultados nas seguintes situa es chuvas de curta dura o que originam um hidrograma com um nico pico bem definido O hidrograma unit rio n o se aplica quando a rea da bacia demasiado grande para que nela ocorra uma chuvada espacialmente uniformemente distribu da empregam se os princ pios da proporcionalidade e interdepend ncia entre caudais simult neos Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 17 Cap tulo II S ntese de conhecimentos O hidrograma unit rio nico para uma determinada sec o de uma bacia hidrogr fica e invari vel com o tempo isto representa o principio da invari ncia 11 2 6 Hidrograma unit rio sint tico O hidrograma unit rio determinado para uma sec o de uma linha de gua de uma bacia hidrogr fica v lido s mente nessa sec o Os hidrogramas unit rios sint ticos servem para determinar hidrogramas unit rios para outras sec es da mesma bacia hidrogr fica ou mesmo para outras bacias hidrogr ficas com caracter sticas semelhantes 11 2 7 Hidrograma unit rio sint tico de Snyder s Ente hidrograma desenvolvido por Snyder 1938 e U S Army Corps of Engineers 1959 resultou do estudo de in meras bacias hidrogr ficas com reas compreendidas entre 30 e 30 000 km localizadas
56. gt n2 End If frmProgress prgBAR Value frmProgress prgBAR Value 1 Next ix Next iy ordena os tro os pela sua ordem Call OrdenaRede calcula os comprimentos dos tro os ReDim sL Nc As Single For ic 1 To Ne xl Dx ixNNo nol ic yl Dy iyNNo nol ic x2 y2 Dx ixNNo no2 ic Dy iyNNo no2 ic sL ic fSinAdic Sqr x2 x1 2 y2 yl 2 Next ic calcula os declives dos tro os ReDim sSO Nc As Single For ic 1 To Ne B 28 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH nl nol ic n2 no2 ic sS0 ic DEM ixNNo nl iyNNo n1 DEM ixNNo n2 Next ic calcula os par metros da sec o transversal ReDim sM1 Nc As Single ReDim sM2 Nc As Single ReDim sB Nc As Single Call CalculaSecT Unload frmProgress End Sub Public Function Max a As Single b As Single As Single If a gt b Then Max a Else Max b End If End Function Public Function MaxInt a As Integer b As Integer As Integer If a gt b Then MaxInt a Else MaxInt b End If End Function Public Function Min a As Single b As Single As Single If a lt b Then Min a Else Min b End If End Function Public Function NNo ix As Integer iy As Integer As Integer devolve o numero do NO em fun o da linha e coluna NNo iy 1 Nx ix End Function Public Function iyNNo no As Integer devolve a linha
57. hidrol gico podemos relacionar a gua armazenada no sistema com os caudais de entrada e da sa da no sistema hidrol gico De acordo com a equa o da continuidade vem S 1 0 1 2 1 1 em que I caudal de entrada no sistema O caudal de sa da do sistema A gua armazenada num sistema hidrol gico como um reservat rio em que o n vel da gua sobe e desce em resposta a J e a Q e as suas varia es com o tempo O volume armazenado pode ser dado por uma fun o de armazenamento que ser al al 00 0 O se a 1 2 1 2 11 2 2 Modelo de um sistema hidroldgico linear A equa o S pode ser escrita na seguinte forma dO 0 O a O S a O a a a rere ot a a7 2 m 1 b I b Seb ADS 1 2 2 1 t t too Para que a fun o S descreva um sistema linear a k em que k uma constante do sistema e os restantes coeficientes s o nulos S k Q 1 2 2 2 10 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos substituindo na equa o da continuidade vem olk 0 I Q 1 2 2 3 dt o que equivalente a k o t 1 t 11 2 2 4 dividindo por k oQ 1 1 DRA dade E 1 2 2 at sobe 1 2 2 5 resolvendo a equa o diferencial L dO Le 1 k Se ds gt et I 1 2 2 t Clee te 1 2 2 6 9 1 O eF e 1I 1 2 2 7 gt e e e t integrando com a condi o de Q Q para t 0 vem O t t x t 1 kA
58. ic If sM2 ic If sM1 ic If sM1 ic lt gt AA ElseIf C2 C1 pl DEM CI p2 DEM CI p3 DEM C1 p7 DEM C2 p8 DEM C2 p9 DEM C2 p4 pl p7 p5 p2 p8 p6 p3 p9 If p3 1 Or sM1 ic Else sM1 ic End If If pl 1 Or sM2 ic Universidade de Evora p9 1 Or p6 p5 Then 1 Dx sB ic 2 p6 p5 p7 1 Or p4 p5 Then 1 Dx sB ic 2 p4 p5 0 Then sM1 ic 0 Then sM2 ic 1 alk 1 And sM2 ic lt gt 1 Then sM1 ic sM2 ic 1 And sM2 ic 1 Then sM2 ic sM1 ic 1 And L2 L1 1 Then NW L1 L2 L1 L2 Veh 2 p3 p5 Then 1 0 5 Sgr Dx 2 Dy 2 sB ic 2 p3 p5 p2 p5 Then 0 5 Sgr Dx 2 Dy 2 sB ic 2 p2 p5 0 Then sM1 ic 0 Then sM2 ic 1 And sM2 ic lt gt 1 Then sM1 ic sM2 ic 1 And sM2 ic 1 Then sM2 ic sM1 ic 1 And L2 L1 Then W Ll 1 L1 L1 1 L2 1 L2 L2 1 LZ AES Je iz p9 1 Or p6 pd Then 1 Dy sB ic 2 p6 pd p7 1 Or p4 p5 Then ag Mestrado em Engenharia do Solo e da gua B 7 Anexo B C digo fonte do programa MDBH Else sM2 ic Dy sB ic 2 p4 p5 End If If sMl ic lt 0 Then sM1 ic 1 If sM2 ic lt 0 Then sM2 ic 1 If sMl ic 1 And sM2 ic lt gt 1 Then sM1 ic sM2 ic If sMi ic lt gt 1 And sM2 ic 1 Then sM2 ic
59. instante correspondente is crona em quest o O c lculo do tempo que o caudal oriundo de uma c lula leva at sec o de controlo feito com base no conhecimento da celeridade da onda cinem tica Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 85 Cap tulo VI Modelo Quasi 2D VI 5 1 C lculo da celeridade da onda cinem tica Como foi demonstrado no cap tulo V a celeridade da onda cinem tica num determinado tro o e num determinado instante dada por c VI5 1 1 sendo a a VL 5 1 2 k Oic ja e B VI 5 1 3 em que as vari veis assumem o seguinte significado j nivel de tempo ic n mero do tro o K coeficiente de rugosidade de Manning Strickler So declive longitudinal do tro o P per metro molhado VI 5 2 C lculo do tempo de propaga o do escoamento O tempo de propaga o do escoamento de uma c lula o tempo necess rio para que o excesso de precipita o dessa c lula atinja a sec o de controlo Admitindo por simplifica o o caudal de percurso nulo a dist ncia percorrida em fun o do tempo ser dada por ne Are Wer 8 VL5 2 1 ic sendo Xic distancia percorrida ao longo do canal ic tic tempo que a onda leva a percorrer a dist ncia x c Explicitando t obt m se 86 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VI Modelo Quasi 2D Esso VL5 2 2 edi O valor de j inicial corre
60. l mina de gua y altura de suc o na frente de humedecimento z profundidade no perfil Z cota do leito medida em rela o a um n vel de refer ncia xii Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Indice de mat rias ndice de mat rias IRIFOQUI O nie ae pressa a DESA Ra E A AE EEA ETES 1 HeTeorcl pe Metall CAS sca cht sot cc eee Mies ic ck het at i cnet Meme a a eel de e ay 1 I2 OPS AMI ZACAG 553555 n a NUS COREIA LE N saa SR Eaa 2 U Sintese de conhecimentos cai ho SSE RSE 5 II 1 Breve hist ria do desenvolvimento dos modelos de precipita o escoamento superficial 7 II 2 Modelos deterministicos agregados cceecceeeseceeeeececseececeeeeeceteeeesteeeesaeees 10 1 2 1 Modelo geral de um sistema hidrol gico agregado 10 1 2 2 Modelo de um sistema hidrol gico linear 10 11 2 3 M todo de Muskin guint w csacserececsscasas cacesaccassnsed evasesaataccstanct leecdevaneesans 13 II 2 4 Reservat rios lineares em s rie s 5 25 2snclie ls havi nes asd anciaeeielice 15 H25 Hidrograma UNt Oei ea eed a a selo ETG 17 II 2 6 Hidrograma unit rio sint tico s es esseeeeeseeeseeeesseseresressrseresresseseresressesees 18 1 2 7 Hidrograma unit rio sint tico de Snyder s 18 II 2 8 Hidrograma adimensional do Soil Conservation Service 20 1 2 9 Hidrograma unit rio triangular do Soil
61. lula n 6230 0 00 3 00 6 00 3 00 12 00h Fechar A 2 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo A Descri o do programa MDBH Figura A 3 Hietogramas de precipita o precipita o efectiva e hidrograma A 1 Estrutura dos ficheiros de dados Os dados s o fornecidos ao programa em ficheiros de texto em que a virgula o separados de campo sendo necess rio ter os seguintes ficheiros para o funcionamento do programa PROJECTO PRJ informa o sobre o projecto vari veis globais e localiza o dos restantes ficheiros MDT DAT modelo digital do terreno QINLDAT imposi o do escoamento de base KMANNING DAT coeficientes de rugosidade de Manning Strickler K CLASSESDESOLO DAT identifica o e distribui o espacial das classes taxon micas do solo CLASSESDEUSODOSOLO DAT identifica o e distribui o espacial das classes de uso do solo CLASSESDEINFILT DAD identifica o e distribui o espacial das classes de infiltra o PROPSOLOSGA DAT propriedades das classes de infiltra o para a equa o de Green Ampt PROPSOLOSSCS DAT propriedades das classes de infiltra o para o m todo da curva CN do Soil Conservation Service CHUVA DAT s ries de dados da precipita o registados nas esta es meteorol gicas localiza o das respectivas esta es RESESC RES Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua A 3 A 4 Anexo A
62. m os registos de precipita o hor ria e a localiza o das respectivas esta es meteorol gicas A sua estrutura a seguinte NESTAC DTCHUVA NCHUVA NOME ESTAC 1 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua A 9 Anexo A Descri o do programa MDBH X1 Y1 CH 1 E CH 2 El CH NCHUVA El NOME ESTAC 2 X25 XZ CH_1_F2 CH_2_E2 CH_NCHUVA_E2 NOME_ESTAC_NESTAC XNESTAC YNESTAC CH 1 NESTAC CH 2 NESTAC CH NCHUVA NESTAC sendo NESTAC DTCHUVA NCHUVA NOME ESTAC X Y CH A 2 Comandos n mero de esta es udom tricas tempo unit rio de chuva TUC n mero de intervalos de tempo com a dura o DTCUVA considerados nome da esta o udom trica coordenada x da esta o udom trica coordenada y da esta o udom trica precipita o registada no respectivo intervalo de tempo DTCHUVA O programa opera atrav s de menus cuja estrutura se passa a descrever Arquivo Abre projecto abre o ficheiro de projecto A 10 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo A Descri o do programa MDBH Abre calculo da rede abre o ficheiro de c lculo da rede com a extens o crd Este comando restitui uma sess o de trabalho Grava calculo da rede grava a rede mais os resultados do c lculo em mem ria no instante em que o comando dado Abre rede abre um ficheiro com a extens o rde que cont m a defini o da rede hidrogr fica Quando
63. n o sejam significativas o coeficiente de sinuosidade adicional introduzido no modelo desenvolvido ver cap tulo VI VIII 1 1 reas de contribui o Na figura VIII 1 1 2 representada a azul a rea da bacia hidrogr fica que est a contribuir para a caudal na sec o de controlo ou seja a precipita o efectiva gerada no instante inicial nas c lulas representadas a azul j atingiu a sec o de controlo contribuindo para aumentar o caudal que se verifica nesta sec o No c lculo das reas de contribui o utilizou se passo de c lculo At de 200 s modelo digital do terreno com resolu o de 200x200 e precipita o efectiva Pe de 10 mm hora Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 115 Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel 1 0 horas 2 0 horas lly vtd 3 0 horas 4 0 horas sl ato 5 0 horas 6 0 horas km 4km xm 15 xm Wica que contribui para o caudal na sec o de controlo rea que n o contribui para o caudal na sec o de controlo 7 0 horas Figura VIII 1 1 1 reas de contribui o VIII 1 2 Const ncia do tempo de concentra o Por forma a testar a const ncia do tempo de concentra o da bacia efectuou se o c lculo com Af igual a 200 s e utilizou se o modelo digital do terreno com dimen o da c lula de 200x200 m Tra ando os hidrogramas obtidos para valores de 2 5 10 e 20 m
64. na fotografia n mero VIL 9 6 2 34 Figura VII 3 3 Geometria da sec o de controlo da esta o hidrom trica de Bodega Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 93 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Esta o hidrom trica Dist ncia Dist ncia meridiana M perpendicular P 238 728 21 745 Quadro VII 3 2 Localiza o da esta o hidrom trica de Bodega De acordo com a geometria da sec o de controlo e com a curva de vaz o o caudal m ximo que se pode verificar na sec o de controlo por forma a que as margens n o sejam inundadas de Q 23 2435 H 0 16 para H 2 34 m vem Q 110 78 m s VIL4 Precipita o Os dados da precipita o prov m de tr s esta es udom tricas situadas pr ximo da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel As esta es s o Faro S o Br s de Alportel e Vila Real de Santo Ant nio Esta o meteorol gica Dist ncia meridiana M Dist ncia perpendicular P S o Br s de Alportel 220 956 21 486 Vila Real de Santo Ant nio 263 842 24 724 Quadro VII 4 7 1 Localiza o das esta es meteorol gicas Os dados da precipita o hor ria dispon veis no per odo considerado distribu dos no tempo referem se s respectivas localiza es das esta es meteorol gicas Para distribuir espacialmente a precipita o na bacia recorreu se ao m todo referido no cap tulo
65. no modelo por c lulas que n o transmitem imediatamente o caudal recebido mas provocam um retardamento e atenua o no hidrograma pela inclus o de um reservat rio linear Na s ntese de conhecimentos feita uma 134 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo IX Conclus es breve descri o do comportamento e das equa es que modelam um reservat rio linear Esta inclus o revela se extremamente importante se pretendermos efectuar obras para o controlo de cheias na bacia hidrogr fica Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 135 Cap tulo IX Conclus es 136 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Bibliografia Bibliografia 1 2 3 4 5 6 7 Abbott M B 1992 Computational Hydraulics International Institute for Hydraulic and Environmental Engineering Delft Danish Hydraulic Institute Horsholm Agassi M 1996 Soil Erosion Conservation and Rehabilitation Marcel Dekker Inc Brand o C Rodrigues R 1998 Precipita es Intensas em Portugal Continental para Periodos de Retorno at 1000 anos Direc o dos Servi os de Recursos H dricos Instituto da Agua Lisboa 1998 Bras Rafael L 1990 Hidrology an introduction to hydrologic science Addison Wesley Series in Civil Engineering Brown A G Quine T A Fluvial Processes and Environmental Cha
66. o ao caudal estabilizado o erro relativo percentual de _ 866 66 366 3 366 66 100 0 1 Na figura V 1 1 pode observar se que com o aumento do Ar verifica se uma maior atenua o da onda cinem tica e que quando se verifica atenua o da onda cinem tica por diverg ncia num rica os dois m todos distintos utilizados na resolu o da equa o da onda 114 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel cinem tica d o resultados diferentes Para valores de Ar inferiores ou iguais a 200 s constata se que para efeitos pr ticos a solu o dada pelos dois m todos id ntica Por forma a efectuar a an lise da sensibilidade do modelo varia o da dimens o da c lula o mesmo c lculo efectuado com base no modelo digital do terreno com resolu o de 400x400 m foi o apresentado na figura VIN 1 2 Hidrograma 400x400 a 2 q E Ss 5 3 oO Tempo horas Figura VIII 1 2 Hidrogramas na sec o de controlo dimens o da c lula 400x400 Comparando os gr ficos VII 1 1 e VIII 1 2 verifica se que o tempo que o caudal leva a estabilizar para o c lculo efectuado com Ar igual a 200s sensivelmente o mesmo n o existindo uma diferen a significativa entre os resultados obtidos com modelos digitais do terreno com diferentes dimens es da c lula Um factor decisivo para que estas diferen as
67. o caudal estabilizado ter que ser igual a Q I A sendo I intensidade de precipita o A rea da bacia hidrogr fica Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 113 Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel neste cen rio para 10 mm de chuva efectiva por hora vem 10 Q _ 132 10 366 66 m s 1000 3600 Para o modelo digital do terreno em que a dimens o da c lulas de 200x200 m os hidrogramas obtido na sec o de controlo para os v rios valores de At s o os seguintes Hidrograma 200x200 ML200 MNL200 ML600 MNL600 ML1800 MNL1800 ML3600 MNL3600 ML5400 MNL5400 o E 3 e 3 o Oo 6 8 Tempo horas Figura VIII 1 1 Hidrogramas na sec o de controlo dimens o da c lula 200x200 A designa o ML significa que a resolu o da equa o da onda cinem tica foi determinada pelo m todo linear e MNL significa que foi empregue o m todo n o linear ver cap tulo V Observando o hidrograma obtido com base no modelo distribu do na sec o de controlo verifica se que o caudal estabiliza ap s 7 horas valor do tempo de concentra o da bacia e que o caudal estabilizado de 366 3 m s Valores que satisfazem plenamente visto o valor do tempo de concentra o calculado por v rias formulas emp ricas de 7 horas Em rela
68. o espacialmente mal distribu das Dai se deve a diferen a entre os caudais observados e simulados De qualquer modo e principalmente no segundo e terceiro dia em que as chuvas s o menos intensas os caudais simulados e calculados praticamente coincidem Para melhor aferir o modelo seria necess rio que existisse pelo menos uma esta o udom trica situada dentro da bacia hidrogr fica preferencialmente o mais pr ximo poss vel do seu centro de gravidade Num modelo distribu do o escoamento calculado para todas as sec es da rede hidrogr fica Se os hidrogramas calculados e observados na sec o de controlo forem semelhantes podemos afirmar que os hidrogramas c lculados em todas as sec es da rede hidrogr fica tamb m se aproximam dos caudais reais n o observados A titulo ilustrativo s o apresentados os hidrogramas calculados em algumas sec es da rede hidrogr fica no interior da bacia hidrogr fica Hidrogramas simulados c lula 3820 L o E T 3 3 f oO 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Tempo horas Figura VIII 1 2 10 Hidrogramas calculados c lula 3820 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua 123 Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Hidrogramas simulados c lula 4060 i i i CEL4060DT200MNL CN CEL4060DT200MNL GA Caudal m3 s 20 30 40 50 60 70 80 Tempo horas Caudal m3 s 8s
69. of runoff generation described by Horton 1933 The precipitation excess depends of the rainfall hyetograph and soil properties and its use The infiltration is computed by two distinct methods the Green Ampt equation and the Soil Conservation Service Curve Number method so that the results can be compared and controlled easier The developed model is applied to the Ribeira de Alportel watershed where by comparing the computed results with the observed ones in Bodega s level gage station some soil data is calibrated by back analysis With this data the model is able to determinate the response of the watershed due a predicted rainfall Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Vv Abstract vi Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua S mbologia Simbologia No desenvolvimento do texto referido o significado de todas as vari veis contudo considera se conveniente apresentar a lista das vari veis envolvidas neste estudo e respectivos significados vari vel A A AMC Ot vv fF BW Coma CN Ck Ca significado rea da bacia hidrogr fica rea da sec o transversal do escoamento acelera o par metro da equa o da onda cinem tica condi o antecedente de humidade do solo Antecedent Moisture Condition AMC angulo formado entre a vertical e a margem esquerda angulo formado entre a vertical e a margem direita largura superficial do es
70. ou n o Os modelos deterministicos ainda podem ser divididos em modelos de regime vari vel ou modelos de regime uniforme consoante o estado do regime de escoamento varia ou n o com o tempo As vari veis de sa da de um modelo estoc stico s o sempre fun o do tempo podendo ser classificados como independente do tempo ou correlacionado com o tempo Um modelo estoc stico independente do tempo representa uma sequ ncia de eventos hidrologicos 6 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos que n o se influenciam enquanto um modelo estoc stico correlacionado com o tempo representa uma sequ ncia de eventos meteorol gicos em que o evento seguinte pelo menos parcialmente influenciado pelo evento anterior e poss velmente por outros na sequ ncia temporal Todos os modelos hidrologicos s o uma aproxima o da realidade pelo que o resultado de um modelo nunca pode ser considerado como uma certeza Um fen meno hidrol gico varia nas tr s dimens es do espa o e no tempo Ainda se pode considerar uma quinta fonte de varia o que a aleat riedade O modelo que se desenvolve no mbito deste trabalho um modelo deterministico distribu do que tem quatro fontes de varia o as tr s dimens es do espa o e o tempo Em alguns cen rios utilizam se equa es de chuvas da regi o para v rios tempos de retorno nesta situa o considera se a precipita o como uma vari
71. percurso numa linha de gua adv m do excesso de precipita o Pe escoamento sub superficial Q e escoamento subterr neo Q como esquematizado na figura IX 1 O modelo apenas considera o escoamento superficial devido ao excesso de precipita o P Ou seja considera o processo descrito por Horton 1933 Figura IX 1 Alimenta o de uma linha de gua em certas situa es as inunda es podem ser provocadas pela subida da toalha fre tica at superf cie Esta situa o n o considerada no modelo Julga se no entanto que para a bacia em estudo assim como em muitos outros casos esta limita o n o tem import ncia pois devido s condi es geomorfol gicas da maioria da bacias hidrogr ficas portuguesas tal situa o n o se verifica IX 2 Futuras linhas de desenvolvimento Futuras linhas de desenvolvimento deste modelo poder o vir a considerar de uma forma integrada o movimento das guas superficiais e subterr neas e as perdas por evapotranspira o utilizar o modelo desenvolvido como base para modelos de eros o h drica considerando os fen menos de destacamento transporte e deposi o de sedimentos utilizar o modelo desenvolvido como base para a modela o do transporte de subst ncias dissolvidas de maior import ncia no caso da polui o difusa poder considerar a exist ncia de a udes para o controlo de cheias na bacia hidrogr fica Estas obras podem ser consideradas
72. pode se elaborar um hidrograma instant neo geomorfol gico Boyd et 16 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Cap tulo II S ntese de conhecimentos al 1979 Rodriguez Iturbe e Valdes 1979 Gupta et al 1980 Gupta Rodriguez Iturbe e Wood 1986 em Chow 1980 1 2 5 Hidrograma unit rio O hidrograma unit rio a fun o de resposta de um sistema hidrol gico linear entrada de um volume unit rio no sistema num intervalo de tempo At Sherman 1932 em Chow 1988 O hidrograma unit rio de uma bacia hidrogr fica definido como o hidrograma de escoamento superficial directo resultante de 1 cm de precipita o efectiva uniformemente distribu da sobre a bacia hidrogr fica com intensidade constante e dura o unit ria O hidrograma unit rio um modelo de um reservat rio linear e utilizado para determinar o hidrograma resultante de uma precipita o efectiva qualquer O modelo considera as seguintes simplifica es a precipita o efectiva tem intensidade constante durante a dura o unit ria o excesso de precipita o uniformemente distribu do por toda a rea da bacia hidrogr fica o tempo base do hidrograma resultante de uma precipita o efectiva qualquer de dura o unit ria constante as ordenadas de um hidrograma unit rio s o directamente proporcionais precipita o efectiva com dura o unit ria que o gerou numa bacia hidrogr fica a
73. principal mais pr ximo do centro de gravidade da bacia comprimento total das linhas de gua o comprimento real do tro o ic lado menor do rect ngulo equivalente massa tangente do ngulo formado entre a vertical e a margem esquerda Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua ix S mbologia Ni N2 nc Ordem Ho he E ay P Pk Q Q O Oo q 5 tangente do ngulo formado entre a vertical e a margem direita n mero do n de montante n mero do n de jusante do tro o ic n mero do ltimo tro o da rede que representa o tro o onde se encontra a esta o hidrom trica n mero de ordem traduz a estrutura de um modelo hidrol gico per metro molhado da sec o transversal do escoamento per metro da bacia hidrogr fica precipita o total precipita o efectiva precipita o na c lula i no tempo j precipita o na esta o k no tempo j caudal caudal que sai do sistema hidrol gico caudal a montante do tro o ic caudal a jusante do tro o ic caudal de percurso caudal infiltrado por unidade de rea caudal de pico teor de humidade volum trico inicial teor de humidade volum trico residual teor de humidade volum trico efectivo ngulo formado entre a horizontal e o perfil longitudinal do leito raio hidr ulico massa vol mica da gua fun o de armazenamento de um reservat rio linear x Universidade de Evora
74. se abre este ficheiro n o necess rio gerar de novo a rede hidrogr fica Grava rede ap s gerar a rede opera o que pode levar alguns minutos poss vel gravar a defini o da rede num ficheiro com a extens o rde isto faz com que n o seja necess rio gerar a rede sempre que se pretende efectuar um novo c lculo Terminar encerra o programa Dados Modelo digital do terreno abre o ficheiro que cont m o modelo digital do terreno e guarda em mem ria os seus valores Caudais iniciais este comando n o obrigat rio s necess rio se existir escoamento no instante inicial Coef Rugosidade este comando n o obrigat rio no ficheiro PROJECTO DAT j existe informa o sobre os coeficientes de rugosidade S necess rio se for conveniente utilizar uma distribui o diferente da Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua A I Anexo A Descri o do programa MDBH apresentada para os coeficientes de rugosidade de Manning Strickler Classes taxon micas abre o ficheiro que cont m a distribui o espacial das classes taxon micas do solo da bacia em estudo Classes de uso do solo abre o ficheiro que cont m a distribui o espacial das classes de uso do solo da bacia em estudo Classes de infiltra o abre o ficheiro que cont m a distribui o espacial das classes de infiltra o da bacia em estudo Propriedades das classes de infiltra o Green Ampt abre o fi
75. sob a forma de diferen as finitas obtemos L oh a 1 3 1 1 OP AO ih I St oly ita do 1 3 1 2 explicitando o termo y H obt m se 2 n 1 2 n 1 rim En ee e 2 0313 Yo Vat qzj bl Fh ma bl 2 n j bYZ bY a Substituindo o termo da perda de carga S pela lei de resist ncia do escoamento de Chezy na equa o de conserva o da quantidade de movimento e escrevendo a sob a forma de diferen as finitas vem Q 2n 1 il Q 2 n 1 pt gini Sa Aly2 T 2 At 4 Ax 2j 2 2 n 2 n Yo 341 7 Yaj Zon TZ g Aly2 Ae tae 1 3 1 4 2 n explicitando o termo Q obt m se 2 n 1 2n l 0 057 At j Q o E 2n 2 Ax AD 2 j 2 A V2 j41 2 j 2 1 3 1 5 24 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos Discretizando o cont nuo espa o tempo e representando o como na figura 11 3 1 1 obtem se uma grelha cujos n s representam os pontos onde ser o calculados os valores de y e de Q para aplicar o m todo num rico de resolu o das equa es diferenciais de Saint Venant necess rio conhecer as equa es de fronteira ou sejam os valores de h em todas as sec es para t 0 o qual se obt m por processos que assumem o regime permanente ou seja o caudal constante em ordem ao tempo e os valores de Q para todos os instantes na primeira e na ltima sec o que dependem dos cen rios considerados 1 3 2
76. superficial B ser dada por B b t h m h m VI 4 1 1 B b h m m VI 4 1 2 A rea da sec o transversal o V1 4 1 3 2 h qnbtbthd m m VI 4 1 4 A gt hB b n m m VI 4 1 5 O perimetro molhado calculado com base em P b h h m h h m VL4 1 6 P b h fi m irm VI 4 1 7 O raio hidr ulico dado pela rea sobre o per metro ou seja poA DIO Wb b h m m VL4 18 Es Lem fio Utilizando como lei de resist ncia do escoamento a f rmula de Manning Strickler 2 1 Q A K R S VI4 1 9 sendo A rea da sec o transversal do escoamento K coeficiente de rugosidade R raio hidr ulico So declive do perfil longitudinal Substituindo as express es VI 4 1 5 VI4 1 7 e VI4 1 8 para o c lculo da rea per metro e raio hidr ulico na lei de resist ncia do escoamento equa o VI 4 1 9 obt m se 2 AP os Q A k z S VI 4 1 10 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua 83 Cap tulo VI Modelo Quasi 2D Q VI4 1 11 w u 1 42 So efire h m m 7 0 0 VI4 1 12 2 b n fim f 1 m p A equa o VI 4 1 12 uma equa o n o linear cuja vari vel independente h A equa o convergente pelo m todo das substitui es sucessivas 84 VI 4 2 Sec o rectangular a Figura VI 4 2 1 Sec o rectangular Sendo conhecida a largura do rasto b a largura superficial B ser d
77. tem como atributos o n de montante o n de jusante declive largura da base declive da margem direita declive da margem esquerda rugosidade e ordem O n de montante representa o n mero da c lula que fornece caudal ao tro o e o n de jusante representa o n mero da c lula qual o tro o fornece caudal O n mero de ordem representa o n mero de tro os que existem a montante at nascente O procedimento para gerar a rede hidrogr fica a partir de uma matriz contendo ny linhas por nx colunas contendo as cotas dos centros de gravidade das c lulas designada por DEM do Ingl s Domain Elevation Model esquematizado no fluxograma da figura VI S A sub rotina GeraRedeHidrogr fica tem como resultado tr s vectores de dimens o Nc igual ao n mero de tro os em que a rede hidrogr fica foi discretizada Os vectores s o nol Nc cont m o n mero da c lula a montante do tro o de rede hidrogr fica no2 Nc cont m o n mero da c lula a jusante do tro o de rede hidrogr fica Ordem Nc cont m o n mero de ordem do tro o de rede hidrogr fica A sub rotina GeraRedeHidrogr fica recorre a duas sub rotinas auxiliares a sub rotina Direc ix iy em que ix e iy representam a linha e a coluna respectivamente de uma c lula na matriz DEM os valores de ix e iy s o alterados passando a representar a linha e a coluna da c lula adjacente cuja direc o faz o maior declive com a c lula anterior A sub rotina OrdenaRed
78. 00 NL NM NANA 40 OO er YO ARGILA AN AR X XY VF VY NM V VY YY S NY NISSAN VBL LAA a0 AID YAY BAAD AAA TY S VA VA TAVANVAVAVAVA RI ZA oo ASAE 7a VAVAVAVA VAZA AVAVAVAVAVAVAST VAS HANDASA AAAA AAA 100 100 90 70 60 50 40 30 20 10 PERCENTAGEM DE AREIA Figura ITI 2 1 3 Abaco triangular para classifica o textural SCS De acordo com Rawls Brakensiek e Miller 1983 citados em Chow 1988 36 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Cap tulo III Caudais de percurso A formula o apresentada anteriormente admite que existe uma l mina de gua de reduzida espessura sobre a superf cie do solo Contudo esta l mina s se forma se a intensidade de precipita o for superior taxa potencial de infiltra o m xima ou seja a velocidade m xima a que a gua se infiltra no solo No instante em que a chuva come a o solo apresenta uma satura o S efectiva que depende da intensidade dura o e dist ncia temporal das chuvas antecedentes Se o solo se encontra seco no instante inicial a capacidade de infiltra o superior intensidade de precipita o Nos instantes seguintes o solo humedece e a capacidade de infiltra o diminui no instante em que a capacidade de infiltra o fica a baixo da intensidade de precipita o come a a existir excesso de precipita o ou seja a precipita o que contribui para o volume de gua que se acumula e escorre superf cie A pr
79. 000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 AHARREALESAIALLRLRAELLGLELLSEKFLELLAFLLKSALLTALEARSLLLLLALRLRABDREARERFKKLALARERLLRELLFLRARALLELELF SSSSSSPSSSISISASSRSASASSSASSSSESSARSSSRSSSSISZISSSBSB Quadro VII 7 2 Propriedades das classes de infiltra o Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua 103 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel VIL8 Tempo de concentra o da bacia hidrogr fica O tempo de concentra o de uma bacia hidrogr fica o tempo que uma gota de chuva que caia no ponto hidrol gicamente mais afastado da bacia leva a chegar sec o de controlo Ou seja decorrido este tempo toda a rea da bacia est a contribuir para o escoamento Existem algumas f rmulas emp ricas que permitem calcular o tempo de concentra o de uma bacia hidrogr fica e que permitem ter uma ordem de grandeza do tempo de concentra o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel VII 8 1 F rmula de Kirpich F 0 385 Tc 0 39 a 5 Tc tempo de concentra o em horas sendo E comprimento da linha de gua principal em km Ss declividade equivalente constante do rio em Substituindo vem 48 67 Tc 0 39 0 006279 100 0 385 9 28 horas VII 8 2 F rmula de Ven Te Chow 0 64 renoarts Is sendo E comprimento da linha de gua principal em km Ss declividade equivalente constante em m km
80. 1 End If Next ich verifica se ocorre ou n o excesso de precipita o For ich 1 To nChuva If InfiltMaxGA ich lt ChuvaIntGA ich Then existe excesso de precipita o sendo gerado escorrimento superficial Pond ich True Else toda a precipita o infiltrada B 42 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo B C digo fonte do programa MDBH Pond ich False End If Next ich verifica se ocorre ou n o excesso de precipita o For ich 1 To nChuva If InfiltMaxGA ich lt ChuvaIntGA ich Then existe excesso de precipita o sendo gerado escorrimento superficial Pond ich True Else toda a precipita o infiltrada Pond ich False End If Next ich c lculo da infiltra o acumulada InfiltAcumGA 1 0 For ich 2 To nChuva If Pond ich True Then verifica se existe excesso de precipita o calcula a infiltra o acumulada quando existe excesso de precipita o Ft InfiltAcumGA ich 1 For i 1 To 1000 numero m ximo de iterac es Ftx Ftl Ftl Ft K dtCh PSIsolo cs dTeta Log Ftl PSIsolo cs dTeta Ft PSIsolo cs dTeta If Abs Ftl Ftx Ft1 lt 0 000001 Then InfiltAcumGA ich Ftl Exit For End If If i 999 Then MsgBox n o convergiu Next i MsgBox GA n o convergio Else toda a precipita o se infiltra n o se verifica excesso de precipita o InfiltAcumGA ich InfiltAcumGA ich 1 ChuvaDist
81. 1 To Nt Print 1 Format troco 0000 me Print 1 Format nol troco 000 mi Print 1 Format no2 troco 000 fts Print 1 Format j 1 Dt 3600 00 00 Print 1 Format Ql troco 5 000 00 Ra Print 1 Format Q2 troco j 000 00 Es Print 1 Format H2 troco j 00 00 Ta Print 1 Format ckK troco j 00 00 e Print 1 Format ChuvaDistribuida cel Int j Dt Print f1 Format ChuvaDistribuidaEfectivaGA cel T Print 1 Format ChuvaDistribuidaEfectivaSCs cel Next j Close 1 End Sub B 20 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo B C digo fonte do programa MDBH Public Sub LeProjecto fileProjecto As String Dim Dim Dim Dim iy As Integer ix As Integer ics As Integer ich As Integer le os dados do projecto Open fileProjecto For Input As 1 Line Input 1 Input Input Input Input Input Input Input Input Input Input Input Input Line Line Line Line Line Line Line Line Line Line Line Close 1 End Sub 1 r r Se dE SE FR OSE OR OE r Input Input Input Input Input Input Input Input Input Input Input x0 yO Nx Ny Dx Dy Nt Dt MaxB KsCabeceira KsFoz fSinAdic He Sh HE SE SE OSE SR SRR fil p fil fil p fil fil fil r fil fil 7 fil fil po ead comentario eMDT eQini eKManning eClassesDeSolo e
82. 2 24 na equa o IV 2 20 obtem se OF F Fin a dee dx Ra 1V 2 30 Ora Substituindo TV 2 26 e IV 2 29 em IV 2 31 vem F a dela a IV 2 32 P ox O somat rio das for as actuantes no fluido contido no volume de controlo dada por oy 1V 2 33 ox Os dois termos do lado direito da equa o IV 2 33 2 lei de Newton escrita na forma do teorema de transporte de Reynolds representam a varia o e a sa da da quantidade de movimento no volume de controlo respectivamente 54 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo IV Equa es de Saint Venant A entrada de massa no volume de controlo dada por p 0 g dx IV 2 34 A quantidade de movimento associada Lp Q q dx V B 2 2 35 sendo B um factor de correc o da quantidade de movimento ou coeficiente de Boussinesq que toma em considera o a distribui o de velocidades na sec o transversal 1 2 par a dA IV 2 36 Segundo Chow 1959 e Henderson 1966 os valores de B variam entre 1 01 para canais prism ticos e 1 33 para canais naturais com margens de inunda o Assim pode se escrever V p V dA p B V 0 B v q dx IV 2 37 entrada E a quantidade de movimento que sai do volume de controlo dada por Jv pvda p pv 04 BX a IV 2 38 saida x O balan o da quantidade de movimento Iv p V dA sup x IV 2 39 simplificando Jv pvda p B v q BO as IV 2 40 x Como o volume do elem
83. 2 As Integer Dim ic As Integer Dim icid As Integer Dim x1 As Single Dim yl As Single Dim x2 As Single Dim y2 As Single Dim Identico As Boolean frmProgress Show Il o frmProgress prgBAR Min frmProgress prgBAR Max Il zZ x A he frmProgress prgBAR Value 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx If DEM ix iy lt gt 1 Then ixl ix Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 27 Anexo B C digo fonte do programa MDBH iyl iy ix2 ix iy2 iy ord 0 Do ord ord 1 Call Direc ix2 iy2 nl NNo ixl iyl n2 NNo ix2 iy2 If nl n2 Then Exit Do fim do caminho Identico False For ic 1 To Ne procura por todos os tro os If nol ic nl And no2 ic n2 Then se o par nl n2 constar no registo dos tro os de canal n o regista o par corrente Apenas altera a ordem para a maior Identico True o numero do tro o coincidente icid ic Exit For End If Next ic If Identico False Then Ne Nc 1 ReDim Preserve nol Nc As Integer ReDim Preserve no2 Nc As Integer ReDim Preserve Ordem Nc As Integer nol Nc nl no2 Nc n2 Ordem Nc MaxInt Ordem Nc ord Else se os dois n s do tro o forem iguais a ordem a maxima por quaisquer dos caminhos possiveis Ordem icid MaxInt Ordem icid ord End If o n 2 do tro o corrente o n 1 do tro o seguinte do mesmo caminho ixl ix2 iyl iy2 Loop While nl lt
84. 2 ic 1 If sMl ic 1 And sM2 ic lt gt 1 Then sM1 ic sM2 ic If sMl ic lt gt 1 And sM2 ic 1 Then sM2 ic sM1 ic ElseIf C2 Cl 1 And L2 L1 1 Then NE pl DEM Cl 11 p2 DEM C2 L1 p3 DEM C1 12 p4 DEM C2 12 p5 pl p4 2 If p3 1 Or p3 p5 Then sM1 ic 1 Else sM1 ic 0 5 Sqr Dx 2 Dy 2 sB ic 2 p3 p5 End If If p2 1 Or p2 p5 Then sM2 ic 1 Else sM2 ic 0 5 Sqr Dx 2 Dy 2 sB ic 2 p2 p5 End If If sMl ic lt 0 Then sM1 ic 1 If sM2 ic lt 0 Then sM2 ic 1 If sMi ic 1 And sM2 ic lt gt 1 Then sM1 ic sM2 ic B 6 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo B C digo fonte do programa MDBH EE ElseIf pl p2 p3 p7 p8 p9 p4 p5 p6 sMi ic lt gt 1 C2 Cl And L2 DEM Cl 1 DEM C1 11 DEM Cl 1 DEM C2 1 DEM C2 L2 DEM C2 1 And sM2 ic 1 Then sM2 ic sM1 ic L1 1 Then N L1 L1 L2 L2 p7 p1 p8 p2 p9 p3 2 2 12 If p3 1 Or sM1 ic Else sM1 ic End If If pl 1 Or sM2 ic Else sM2 ic End If If sM1 ic If sM2 ic If sM1 ic If sM1 ic lt gt AA ElseIf C2 C1 pl DEM CI p2 DEM CI p3 DEM C2 p4 DEM C2 p5 pl p4 If p3 1 Or sM1 ic Else sM1 ic End If If p2 1 Or sM2 ic Else sM2 ic End If If sM1
85. 28 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Hidrogramas de cheia c lula 4060 E z3 TR 1000 I 73 TR 500 z3 TR 100 Z3TR 50 z2 TR 1000 z2 TR 500 z2 TR 100 zTR 50 x E T ao 3 amp Oo Tempo horas Figura VIII 1 3 9 Hidrogramas de cheia para periodos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos precipita o por zona c lula 4060 Hidrogramas de cheia c lula 4608 73 TR 1000 73 TR 500 z3 TR 100 78 TR 50 22 TR 1000 22 TR 500 Z2 TR 100 22 TR 50 Caudal ns 5 6 7 Tempo horas Figura VIII 1 3 10 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos precipita o por zona c lula 4608 Hidrogramas de cheia c lula 4939 Z3 TR 1000 Z3 TR 500 io 2228 TR 100 a z2 TR 1000 2Z2 TR 500 Z2 TR 100 Caudal tis 8 Tempo horas Figura VIII 1 3 11 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos precipita o por zona c lula 4939 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 129 Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel A zona 3 abrange a sub bacia hidrogr fica da Ribeira da Fornalha A forma em planta desta sub ba
86. 4 2 KAS e 3 B gt V 4 3 5 vem A 3 Apaga pg V 4 4 one De acordo com a f rmula de Manning Strickler o caudal dado por 2 1 Q A K R S 2 V 4 5 substituindo vem 3 p 2 i 04 At lt Ax Ss A K R S 2 V 4 6 oma aa SA simplificando obt m se Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua 69 Cap tulo V Onda cinem tica 3 p 2 0 4 ASAS Sp AK R Sy V 4 7 5 K S Como no modelo desenvolvido os incrementos de tempo s o constantes esta condi o verificada para todos os tro os de rede hidrogr fica em todos os instantes e adopta se o menor dos incrementos de tempo Na pr tica constata se esta condi o muito conservadora podendo se utilizar incrementos de tempo superiores sem que surjam erros significativos mesmo com o m todo linear 70 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VI Modelo Quasi 2D VI Modelo QUASI 2D As equa es apresentadas nos cap tulos IV e V foram deduzidas para a situa o de escoamento segundo uma nica direc o Numa bacia hidrogr fica o escoamento ocorre sobre a superf cie do terreno e toma a direc o do maior declive Assim tomando por exemplo o modelo digital do relevo apresentado na figura VI 1 AA PAD IL AA Figura VI 1 Modelo digital do terreno A bacia pode ser dividida em c lulas segundo uma quadr cula de malha regular Cujas proprieda
87. 5 As precipita es hor rias observadas nas esta es hidrom trica de S Br s de Alportel Faro e Vila Real de Santo Ant nio est o representadas nos hietogramas da figura VIII 2 1 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Hietogramas S Br s de Alportel Faro ae E Vila Real de S Ant ni Precipita o hor ria mm hora Tempo horas Figura VIII 1 2 1 Precipita o hor ria observada nas esta es udogr ficas Neste mesmo per odo as altura hidrom tricas observadas na esta o hidrom trica de Bodega e respectivos caudais s o apresentados na figura VIII 1 2 2 Hidrograma registados na esta o hidrom trica da Bodega volume escoado 12 25 10 m Curva de vaz o Q 23 2435 H 0 16 oas V lida at Hmax 2 34 Qmax 110 79 m s Caudais observados A Alturas hidrom tricas Q o E T 3 3 q 70 80 Tempo horas Figura VIII 1 2 2 Hidrograma observado na esta o hidrom trica de Bodega Convem referir que a curva de vaz o v lida para este per odo s v lida para alturas hidrom tricas at 2 34 m pelo que caudais superiores a 110 78 m s s o indicados no gr fico mas perdem o devido rigor Por integra o num rica do hidrograma observado foi determinado o volume escoado no per odo em estudo pelo que Ve 12 2510 m Com base no m todo
88. 5 16 5 desenha a linha do hidrograma For it 1 To Nt 1 xl it 1 Dt yl EscalaCaudal Q2 canal it x2 it Dt y2 EscalaCaudal Q2 canal it 1 Call DlinhaA xl 45 yl x2 45 y2 Next it End Sub Public Sub ExportaMDT To Acad Dim iy As Integer Dim ix As Integer Open c mdt scr For Output As 1 B 10 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH End Sub Public Dim iy Dim ix Dim x1 Dim y1 Dim x2 Dim y2 Fo r iy 1 To For ix Print Next ix Next iy Close 1 Ny 1 To Nx 1 POINT CStr ix Dx CStr iy Dy CStr 10 DEM ix Sub ExportaMDT3D To Acad As As As As As As Integer Integer Single Single Single Single Open c mdt3D scr For Output As 1 Fo r iy 1 To For ix Ny 1 To Nx If DEM ix iy lt gt 1 Then xl ix Dx Dx 2 yl iy Dy Dy 2 x2 ix Dx Dx 2 y2 iy Dy Dy 2 Print ily BOX Te CSEE MM CSER yl 3 T Ti CStr 2 Ms DEM ix iy End If Next ix Next iy Close 1 End Sub Public Sub GravaResEscNoPerfil celula As Integer t As Single file As String Dim ic Dim Dim j Dim kc Dim As Integer As Integer As Integer For ic 1 To Nc If nol ic canal i Exit For End If Next ic j t Dt canal As Integer Dist As Single celula Then is Open file For Output As 1 Print fly T
89. 80000 600000 5 40000 80000 400000 160000 200000 5280000 40000 40000 2080000 120000 40000 720000 520000 40000 240000 200000 40000 320000 40000 40000 160000 320000 120000 240000 160000 240000 440000 40000 160000 80000 j 320000 40000 80000 80000 40000 1280000 40000 40000 80000 f 40000 240000 200000 480000 80000 160000 40000 120000 120000 920000 40000 120000 j 1200000 160000 120000 240000 80000 120000 i 5 160000 160000 2 ONDARON mis at a D 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 1 6 1 as ANNNORANNNOU 0O00 UVUUOUONNNNDYONN fai Quadro VII 7 1 reas das classes de infiltra o De acordo com a informa o referida nos quadros 1 2 1 1 1 2 2 2 VIL5 1 VII 5 3 e VIL5 4 foram atribu das propriedades a cada uma das oitenta e uma classes de infiltra o consideradas no modelo em fun o do tipo de solo e do seu uso Essas propriedades est o indicadas no quadro VII 7 2 102 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel 4 SBZSIRSSSSBASSSISIBIERG d aun a Nn a4 228838 es o 1 1 1 5 1 5 6 5 5 5 15 5 1 1 1 1 8 O c cd do md o mo do ah o do WO h h h hth oho och ta no no da ta fa a te a da 3 1 to 4 Mm Bora Busan ig amp hue NAVE RMN O O to TE E EM a ROMY MIN ests ti N o 4 ppb e 000000000000000000
90. 85 a a A o Precipita o hor ria Pe Green Ampt ad O N o lt E E T G E 8 je um O 2 o o a O NM A o 70 80 90 100 110 120 130 140 Tempo horas Figura VIII 1 2 8 Hietograma de precipita o precipita o efectiva hor ria c lula 5785 Com a precipita o efectiva hor ria determinada s o calculados os caudais de percurso de todos os tro os da rede hidrogr fica A modela o do escoamento na rede hidrogr fica efectuada com base no modelo de Onda Cinem tica Os caudais s o calculados para todos os tro os em todos os instantes Para ilustrar o comportamento do modelo apenas s o mostrados os resultados em algumas sec es Hidrogramas medidos e simulados na esta o hidrom trica de Bodega CEL6230DT200ML CN CEL6230DT200MNL CN CEL6230DT200ML GA CEL6230DT200MNL GA D Caudais observados Caudais m s Tempo horas Figura VIII 1 2 9 Hidrogramas calculados e observados na esta o hidrom trica de Bodega c lula 6230 A diferen a que se verifica essencialmente devida s esta es udom tricas de Faro e Vila Real de Santo Ant nio estarem demasiado afastadas da bacia hidrogr fica Como 122 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel sabido precipita es mais intensas s o de curta dura o e s
91. A numero CN SROA na frente de hidr ulica efectiva efectiva rupo humedecimento na frente de capacidade de ponto de hidrologico humedecimento campo emurchecimento SCS mm hora pF1 8 pF4 2 Ex o Vc Pc o a z gt o a oS a gt d olo o o ol cl sc o o o o De N ost N N N q N a N ol o a N o q a o o T o o o Do a V gt 5 a o h S o o w E o a E ka Quadro VII 5 4 Par metros das classes taxon micas De acordo com Rawls Brakensiek e Miller 1983 em Chow 1988 Kopp 1989 Rawls et Al 1982 em Thomas N Debo 1995 98 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel VII 6 Usos do solo De acordo com a carta Agr cola e Florestal de Portugal escala 1 25000 os usos do solo na Bacia Hidrogr fica da Ribeira de Alportel s o os apresentados na figura VIL6 1 icc eee BD ost Esc EB es cram ER o eam 02 B sm E 4 Mase Wow ema RES ea Ea 3 Md Bow Dama E o ata ER Baas Ho owe os cor E c B v o E 5 AP E 11 CalAz At B 17 Qt E 24 Am F OLAL E 29 V Am E 38 DLASE J lt ava Mura aa Es E ii or sa ar Figura VII 6 1 Classes de uso do solo A cada uma das referidas classes cuja distribui o espacial na bacia hidrogr fica se apresenta na figura VII 6 1 corresponde o seguinte uso do solo wi
92. ClassesDeUsoDoSolo eClassesDeInfilt ePropSolosGA ePropSolosSCs eChuva eResEsc eResChuva Public Sub OndaCinematicaExplicitoLinear Dim j As Integer Dim Dim Dim Dim Dim Dim Dim Dim Dim Dim ic ke nl n2 aa bb cc dd As As As As As As As As Integer Integer Integer Integer Single Single Single Single alfa As Single beta As Single Dim Ph As Single Dim L As Single Dim krg As Single Dim SO As Single Dim h As Single Dim hh As Single Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua frmProgress Show iterac o pelo tempo iterac o pelos tro os procura pelos tro os n 1 n 2 do tro o ic do tro o ic termos da equa o termos da equa o termos da equa o termos da equa o parametros da equa o parametros da equa o perimetro molhado comprimento do tro o coef de rugosidade declive frmProgress prgBAR Min 0 frmProgress prgBAR Max frmProgress prgBAR Value beta ia Aas Il zZ a B 21 Anexo B C digo fonte do programa MDBH condi o inicial For ic 1 To Ne Ql ic 1 Qini nol ic Q2 ic 1 Qini no2 ic Next ic For j 1 T Nt 1 para todos os instantes For ic 1 To Ne para todos os tro os nl nol ic n2 no2 ic krg Ks ic H2 ic 1 0 2 estimativa inicial Do h H2 ic j 1 If sM1 ic lt gt 1 And sM2 ic lt gt 1 Then
93. Conservation Service 21 IL 3 Modelos deterministicos distribu dos eras 21 1 3 1 Um m todo explicito para a resolu o num rica das equa es de Saint Venant sa c ssccisescadsausaysavasevesccossaceevasdevedeadeoraacesnaeees 23 II 3 2 M todo de Muskingum Cunge eccceeeccecsseeeceseeeceeeeecseeeecsteeeeeteeeee 25 I 42 Modelos ESLOCASNCOS asi E a ee 26 IL5 Defini o das propriedades do terreno e 26 TT Caudaiside percurso sina lng qr Ends ite ate ee EE Spade E 29 MLI Precipita o onen nan nsei aiiis 29 TIED Equa es de mfiltra o sice erent e Unique pesca sal gnc irti isee nas 30 Hi 2 1 Equa o de Green Ampt eeesseeseeeeeseeesesressesereseessrseresresseseresressesee 31 H 2 1 1 Exemplo de utiliza o da equa o de Green Ampt 37 11 2 1 1 3 M todo da Curva N mero do Soil Conservation Service 38 01 2 2 1 Exemplo de utiliza o do m todo da curva n mero 43 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua xiii Indice de mat rias UI 3 Caudais de percurso aa saesasas ascadsitedinds odesan code stata ca an eeabadaa ti ai 45 IV Egqua es de Saimt V nat stisnes nsore ei uol pare 47 IV 1 Equa o da continuidade cccicicsesesassascesashcvessaavenscdesndceuestenvantessvsvceesnscceesens 47 IV 2 Equa o da conserva o da quantidade de MOviMeENtO
94. Conservation Service apresentou em 1972 um m todo para calcular a precipita o efectiva P parcela da precipita o que contribui para o escoamento superficial Numa determinada chuvada a precipita o efectiva menor do que a precipita o total P A gua retida na bacia divide se em duas parcelas a que retida antes de o escoamento superficial se iniciar L e a que retida depois de o escoamento se iniciar F A hip tese estabelecida pelo SCS a seguinte a proporcionalidade entre as seguintes rela es F P a 1 2 2 1 S P I sendo F precipita o retida ap s o escoamento superficial se iniciar la precipita o retida na bacia antes do escoamento se iniciar S reten o m xima por infiltra o ou estagna o em pequenas depress es do solo S F 1 2 2 2 P precipita o total P P LA F 1 2 2 3 P precipita o efectiva Substituindo a equa o 1 2 2 3 na equa o 1 1 2 2 1 vem 2 P Pot 1 2 2 4 Pol AS Por via experimental chegou se seguinte rela o emp rica 1 0 2 S 1 2 2 5 Substituindo a equa o 1 2 2 5 em 1 2 2 4 obt m se 2 p P 0 2 S 1 2 2 6 P 0 8 8 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 39 Cap tulo ITI Caudais de percurso TA Zo Z J 4 Z E ADA di A E a iV Ve NINE NINN ANNAN AEEA EN NAN NNA DA A AINDA NANA ATA NR m 9 1 12 te Precipita o acumulada P in
95. DEUSODOSOLO DAT e possui a estrutura seguinte CINF CINF CINF xx CINF CINF CINF ny CINFyy CINFyy CINF yy yx A 1 8 Ficheiro PROPSOLOSGA DAT Este ficheiro cont m as propriedades atribu das a cada classe de infiltra o necess rias ao c lculo da precipita o efectiva pela equa o de Green Ampt e possui a seguinte estrutura NCI 01 P PE PSI K SE 02 P PE PSI K SE 03 P PE PSI K SE eey ey eey 7 cosy NCI P PE PSI K SE sendo NCI numero de classes de infiltra o P porosidade PE porosidade efectiva PST altura de suc o na frente de humedecimento A 8 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo A Descri o do programa MDBH K conductividade hidr ulica SE satura o efectiva inicial A 1 9 Ficheiro PROPSOLOSSCS DAT Este ficheiro cont m as propriedades atribu das a cada classe de infiltra o necess rias ao c lculo da precipita o efectiva pelo m todo da curva n mero do Soil Conservation Service e possui a seguinte estrutura NCI 01 SOLOTIPO AMC CN 02 SOLOTIPO AMC CN 03 SOLOTIPO AMC CN cos 7 e 7 NCI SOLOTIPO AMC CN sendo NCI n mero de classes de infiltra o SOLOTIPO grupo hidrol gico do solo segundo o Soil Conservation Service AMC condi o antecedente de humidade Antecedent Moisture Condition CN curva numero A 1 10 Ficheiro CHUVA DAT O ficheiro CHUVA DAT cont
96. Dist icel ich Next ich i End If If CInfilt icel lt gt 1 Then CNi cn CInfilt icel For ich 1 To nChuva P PSCS ich If P 5080 CNi 50 8 gt 0 Then PeSCS ich P 5080 CNi 50 8 2 P 20320 CNi 203 2 Else PeSCS ich 0 End If Next ich calcula a chuva efectiva incremental ExChuvaSCS icel 1 PeSCS 1 For ich 2 To nChuva ExChuvaSCS icel ich PeSCS ich PeSCS ich 1 Next ich End If Next ix Next iy End Sub B 44 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH Public Sub GeraClassesDeInfilt fileres As String esta fun o preenche as classes de infiltra o CInfilt com base em CSolos e CUsoSolo Dim iCInf As Integer iterac o pelas classes de infiltra o Dim icel As Integer Dim ix As Integer Dim iy As Integer Dim cs As Integer Dim cus As Integer Dim nova As Boolean ReDim CInfilt Nx Ny As Integer ncInfilt 0 icel 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 cs CSolos icel cus CUsoSolo icel If cs lt gt 1 And cus lt gt 1 Then nova True por defeito existe uma nova classe de inf For iCInf 1 To ncInfilt If cs InfS iCInf And cus InfUS iCInf Then nova False CInfilt icel iCInf End If Next iCInf If nova True Then temos uma nova classe de infiltra o ncInfilt ncInfilt 1 ReDim Preserve InfS ncInfilt As Integer ReDim Preserve I
97. End If End Function I e Public Sub GravaResChuva ficheiro As String Dim icel As Integer Dim ix As Integer Dim iy As Integer Dim ich As Integer Open ficheiro For Output As 1 Print 1 PROPRIEDADES DAS CLASSES DE INFILTRA O Print 1 Print 1 iCel CSOLO CUSOSOLO CINFILT Nsolo NEsolo PSIsolo Ksolo SEsolo AMC GRUPO CN Print 1 ID ID ID adim adim mm mm hora adim ID ID 3 icel 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 Print 1 icel Print 1 Format CSolos icel OO Print 1 Format CUsoSolo icel 00 Print 1 Format CInfilt icel 00 mn If CInfilt icel lt gt 1 Then Print 1 Format Nsolo CInfilt icel 000 000 Print 1 Format NEsolo CInfilt icel 000 000 Print 1 Format PSIsolo CInfilt icel 000 000 Print 1 Format Ksolo CInfilt icel 000 000 Print 1 Format SEsolo CInfilt icel 000 000 Print 1 Print 1 Format amc CInfilt icel O Mm Print 1 Format SoloGrupo CInfilt icel O Print 1 Format cn CInfilt icel O Else B 46 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo B C digo fonte do programa MDBH Print 1 End If Next ix Next iy Print 1 Print 1 EXCESSO DE PRECIPITA O Print 1 Print 1 icel t ChuvaDist ExChuvaGA ExChuvaSCs Print 1 s mm mm
98. Estes m todos apresentam vantagens quando comparados 22 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos com os m todos expl citos por se revelarem mais est veis necessitando de incrementos de tempo menores Os m todos expl citos t m que obedecer condi o de Courant At 11 3 3 sendo At incremento de tempo Ax incremento de posi o segundo a direc o do escoamento C celeridade da onda din mica A celeridade da onda din mica pode ser determinada de forma aproximada por C N8 11 3 4 em que g acelera o da gravidade y altura da l mina de gua 1 3 1 Um m todo explicito para a resolu o num rica das equa es de Saint Venant Pela sua simplicidade apresenta se nesta s ntese de conhecimentos um m todo explicito para a resolu o num rica das equa o de Saint Venant Para a resolu o num rica das equa es de Saint Venant por diferen as finitas e implementar o modelo de onda din mica recorrendo a um m todo explicito considera se o continuo espa o tempo discretizado de acordo com as seguinte figura t 2 neg ree i Eds bibi da tidos are 2 n 1 2i2 2il 2i Qitl 242 v Figura II 3 1 1 Discretiza o do continuo espa o tempo Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 23 Cap tulo II S ntese de conhecimentos Escrevendo a equa o da conserva o da massa
99. For ix 1 To Nx icel icel 1 X ix Dx Y iy Dy plx X Dx 2 ply Y Dy 2 p2x X Dx 2 p2y Y Dy 2 p3x X Dx 2 p3y Y Dx 2 p4x X Dx 2 p4y Y Dx 2 cs CSolos icel If cs 1 Then cs 255 Print 1 COLOR CStr cs Print 1 SOLID CStr plx CStr p3y CStr p4x CStr p4y Y n r Next ix Next iy plx 1 1 p2x 1 1 p3x 1 1 p4x 1 1 Dx Dx Dx Dx Nx Nx Nx Nx Dx Dx 1 To icsolo ply Dy icsolo ply Dy 1 COLOR CStr icsolo Print 1 SOLID CStr plx CStr p3y CStr p4x CStr p4y Print 1 TEXT CStr p4x CStr p4y Next icsolo ncSolos 1 5 Dy For 1 5 Dy p4y Print Close 1 End Sub Public Sub ExportaUsoSolo To Acad Dim icel As Integer Dim ix As Integer Dim iy As Integer Dim cs As Integer Dim X As Single Dim Y As Single As As Dim plx ply Single Dim Single As As Dim p2x p2y Single Dim Single As As Dim p3x p3y Single Dim Single CStr ply i CStr ply CStr p2x wom rr CStr icsolo Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cstr p2x Cstr p2y XXXX we 7 i CStr p2y CStr p3x Anexo B C digo fonte do programa MDBH Dim p4x As Single Dim p4y As Single Dim icsolo As Integer
100. MDBH nesta rotina a unidade de tempo a hora assim o valor do intervalo de tempo entre registos a hora dtCh dtChuva 3600 convers o de segundos para horas icel 0 For ix 1 To Nx para todas as c lulas For iy 1 To Ny icel icel 1 contagem do numero de c lula com base na precipita o calcula a precipita o efectiva cs CInfilt icel classe de solo da c lula corrente If cs lt gt 1 Then calcula a varia o do teor de humidade dTeta 1 SEsolo cs NEsolo cs chuva acumulada For ich 2 To nChuva ChuvaAcumGA ich ChuvaAcumGA ich 1 ChuvaDist icel ich Next ich intensidade de precipita o For ich 1 To nChuva 1 ChuvaIntGA ich ChuvaAcumGA ich 1 ChuvaAcumGA ich dtCh Next ich infiltra o potencial m xima For ich 1 To nChuva If ich 1 Then InfiltMaxGA ich 99999 Else InfiltMaxGA ich Ksolo cs PSIsolo cs dTeta ChuvaAcumGA ich 1 End If Next ich verifica se ocorre ou n o excesso de precipita o For ich 1 To nChuva If InfiltMaxGA ich lt ChuvaIntGA ich Then existe excesso de precipita o sendo gerado escorrimento superficial Pond ich True Else toda a precipita o infiltrada Pond ich False End If Next ich identifica os intervalos em que se verifica excesso de precipita o pondi 1 False pondi nChuva False For ich 2 To nChuva 1 If Pond ich 1 True And Pond ich Tru
101. Open c Usosolo scr For Output As 1 icel For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 X ix Dx Y iy Dy plx X Dx 2 ply Y Dy 2 p2x X Dx 2 p2y Y Dy 2 p3x X Dx 2 p3y Y Dx 2 p4x X Dx 2 p4y Y Dx 2 cs CUsoSolo icel If cs 1 Then cs 255 Print 1 COLOR CStr cs Print 1 SOLID CStr plx CSertply T 2 CStr p3x CStr p3y CStr p4x CStr p4y Next ix Next iy plx 1 1 Dx Nx p2x 1 1 Dx Nx p3x 1 1 Dx Nx Dx p4x 1 1 Dx Nx Dx For icsolo 1 To ncUsoSolo ply icsolo 1 5 Dy p2y ply Dy p3y icsolo 1 5 Dy p4y ply Dy Print 1 COLOR CStr icsolo Print 1 SOLID CStr plx CStr ply CStr p2x CStr p3y CStr p4x CStr p4y Print 1 TEXT CStr p4x CStr p4y CStr icsolo Next icsolo Close 1 End Sub Public Sub ExportaCInfilt To Acad Dim Dim Dim Dim icel As Integer ix As Integer iy As Integer cs As Integer Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua CStr p2x CStr p2y KXXX 7 CStr p2y CStr p3x B 35 Anexo B C digo fonte do programa MDBH Dim X As Single Dim Y As Single Dim plx As Single Dim ply As Single Dim p2x As Single Dim p2y As Single Dim p3x As Single Dim p3y As Single Dim p4x As Single Dim p4y As Single Dim icsolo A
102. Ph sB ic H2 ic j 1 Sgr l sMi ic 2 Sari SM2 ic Else Ph sB ic 2 H2 ic j 1 End If alfa Ph 2 3 krg sSO ic 1 2 beta If Q2 ic j Ql ic j 1 lt gt 0 Then aa Dt sL ic Ql ic j 1 bb alfa beta Q2lic j Uie jy Olite 7 A 2 beta cc Dt qp nl n2 sL ic j 1 Dt qp nl n2 sL ic j Dt 2 dd Dt sL ic alfa beta Q2 ic j Ql ic j 1 2 beta 1 Q2 ic 3 1 aa bb cc dd If Q2 ic j 1 0 Then cK ic j 1 0 Else cK ic j 1 1 alfa beta Q2 ic j 1 beta 1 End If If Q2 ic j 1 lt 0 0000001 Then H2 ic j 1 0 Else If sMi ic lt gt 1 And sM2 ic lt gt 1 Then H2 ic j 1 CalcHTrapezio Q2 ic J 1 H2 ic 5 1 krg sMli ic sM2 ic sB ic sSO ic 0 001 Else H2 ic J 1 CalcHRectangulo 02 ic j 1 H2 ic j 1 krg sB ic sS0 ic 0 001 End If End If Else O2tic 1 0 End If Loop Until Abs h H2 ic j 1 lt 0 01 ap s calcular o caudal no n de jusante do tro o ic verifica qual o tro o a jusante e soma o caudal ao n de montante do tro o a jusante For kc ic To Ne If no2 ic nol kc Then Ql kc j 1 Ql kc j 1 Q2 ic J 1 Exit For End If Next kc Next ic frmProgress prgBAR Value j Next 5 Unload frmProgress End Sub Private Function fQTrapezio Q As Single h As Single K As Single ml
103. RSD S 7 5 2 Yy UNIVERSIDADE DE VORA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL MESTRADO EM ENGENHARIA DO SOLO E DA GUA CONTRIBUI O PARA O ESTUDO DE CHEIAS RECORRENDO A UM MODELO DISTRIBU DO Rui Miguel Madeira Lan a Disserta o apresentada Universidade de vora para obten o do grau de Mestre em Engenharia do Solo e da gua Orientador Prof Doutor Ant nio Carmona Rodrigues Universidade Nova de Lisboa Faro Fevereiro de 2000 RSD S y 5 a Y UNIVERSIDADE DE VORA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL MESTRADO EM ENGENHARIA DO SOLO E DA GUA CONTRIBUI O PARA O ESTUDO DE CHEIAS RECORRENDO A UM MODELO DISTRIBU DO Rui Miguel Madeira Lan a Disserta o apresentada Universidade de vora para obten o do grau de Mestre em Engenharia do Solo e da gua Orientador Prof Doutor Ant nio Carmona Rodrigues Universidade Nova de Lisboa Faro Fevereiro de 2000 Agradecimentos Agradecimentos O autor deseja apresentar os seus agradecimentos a todas as pessoas e entidades institui es que de algum modo contribu ram para a elabora o deste trabalho Em particular gostaria de agradecer Ao Professor Doutor Ant nio Carmona Rodrigues pela sua disponibilidade e prontid o na orienta o deste trabalho Ao Eng Jos Lu s Teixeira da Costa da Universidade do Algarve Escola Superior de Tecnologia pelos seus conselhos pr ticos e apoio dado durante a realiza o d
104. SCS calcula o volume de precipita o efectiva gerado sobre toda a bacia hidrogr fica durante o tempo de c lculo calculado com base no m todo da Curva N mero Calcula volume escoado total calcula o volume escoado numa determinada sec o durante o tempo de calculo Calculo de reas grava num ficheiro o valor das reas de cada uma das classes taxon micas do solo de uso do solo e de infiltra o Calcula inclina o m dia das vertentes com base no modelo digital do relevo calcula a inclina o m dia das vertentes Hipsometria grava num ficheiro a percentagem de rea da bacia em fun o da altitude Perfil longitudinal grava num ficheiro as cota em fun o da dist ncia a uma c lula qualquer definida pelo utilizador medida segundo a direc o do maior declive Resultados Rede hidrogr fica grava num ficheiro toda a estrutura da rede hidrogr fica discretizada A 14 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo A Descri o do programa MDBH Precipita o grava num ficheiro os hietogramas de precipita o total e efectiva para todas as c lulas e para todos os instantes Escoamento grava num ficheiro os valores dos caudais celeridades e alturas hidrom tricas calculados em todos os n s da rede hidrogr fica em todos os instantes Escoamento no perfil grava num ficheiro os valores dos caudais celeridades e alturas hidrom tricas calculados em todos os n s do perfil longitudinal de u
105. Single ReDim yEstac nEstac As Single ReDim Chuva nEstac nChuva As Single For iEstac 1 To nEstac Input 1 NomeEstac iEstac Input 1 xEstac iEstac yEstac iEstac For ich 1 To nChuva Input 1 Chuva iEstac ich Next ich Next iEstac Close 1 End Sub Sub LeClassesDeSolo Dim ix As Integer iterac o pela coluna Dim iy As Integer iterac o pela linha Dim ich As Integer vari vel de contagem Dim ics As Integer contagem das classes de solo Dim iEstac As Integer vari vel de contagem das esta es meteorologicas Dim dummy As Integer classes de solo Open fileClassesDeSolo For Input As 1 ReDim CSolos Nx Ny As Integer For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx Input 1 CSolos NNo ix iy Next ix Next iy Close 1 ncSolos CalculaNumClassesSolos End Sub Public Sub LePropClassesInfiltSCs Dim ics As Integer Dim dummy As Integer propriedades das classes de infiltra o do SCS Open filePropSolosSCS For Input As 1 Input 1 ncInfiltSCs numero de classes de solo ReDim amc ncInfiltscs antecedent moisture condition ReDim SoloGrupo ncInfiltSCs grupo de solo ReDim cn ncInfiltSCs curva numero For ics 1 To ncInfiltscs para todas as classes de solos Input 1 dummy Input 1 amc ics porosidade Input 1 SoloGrupo ics porosidade efectiva Input 1 cn ics curva numero Next ics Close 1 End Sub Public Sub LePropClassesInfiltGA Dim ics As Integer Dim dummy As I
106. T n mero de c lulas segundo a vertical n mero de linhas do modelo digital do terreno dimens o da c lula medida segundo a horizontal dimens o da c lula medida segundo a vertical n mero de intervalos de tempo considerados no c lculo tamanho do intervalo de tempo considerado na discretiza o temporal largura do rasto do leito da ribeira na sec o final coeficiente de rugosidade atribu do aos tro os de ordem 1 coeficiente de rugosidade atribu do ao leito na sec o de controlo coeficiente de sinuosidade adicional nome e caminho completo do ficheiro MDT DAT nome e caminho completo do ficheiro QINI DAT nome e caminho completo do ficheiro KMANNING DAT nome e caminho completo do ficheiro CLASSESDESOLO DAT nome e caminho completo do ficheiro CLASSESDEUSODOSOLO DAT nome e caminho completo do ficheiro CLASSESDEINFILT DAT Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua A 5 Anexo A Descri o do programa MDBH FICH PROPSOLOSGA DAT nome e caminho completo do ficheiro PROPSOLOSGA DAT FICH PROPSOLOSSCS DAT nome e caminho completo do ficheiro PROPSOLOSSCS DAT FICH CHUVA DAT nome e caminho completo do ficheiro CHUVA DAT FICH RESESC DAT nome e caminho completo do ficheiro RESESC DAT FICH RESCHUVA DAT nome e caminho completo do ficheiro RESCHUVA DAT A 1 2 Ficheiro MDT DAT O ficheiro MDT DAT cont m o modelo digital do terreno um fich
107. V 1 6 p Ma y V 1 7 ee 7 0 V 1 8 sendo U velocidade m dia do escoamento K coeficiente de rugosidade de Manning Strickler R raio hidr ulico Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 59 Cap tulo V Onda cinem tica So declive do perfil longitudinal P per metro molhado Q caudal ent o poder se introduzir os par metros ove B dados por 2 pi a V 1 9 K b 5 7 e 3 B V 1 10 5 A equa o V 1 8 pode ser derivada em ordem ao tempo f do que se obt m A e Boot 22 V 1 11 ot ot Substituindo na equa o da continuidade obt m se a equa o da onda cinem tica d Wap o L Jag V 1 12 ox ot em que q representa o caudal de percurso V 2 Celeridade da onda cinem tica A onda cinem tica resulta de uma mudan a de caudal Assim um incremento no caudal dQ pode ser escrito como 60 do 2 qr 42 q V 2 1 x t sendo x dist ncia medida segundo o perfil longitudinal t tempo dividindo por dx obt m se ZO 00 00 a V 2 2 dx ox ot dx As equa es V 2 1 e V 2 2 s o id nticas se Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo V Onda cinem tica Ea V 2 3 dt a Bo e LEP V 2 4 dx Como A a pot 22 V 2 5 ot ot o que equivalente a MO _ em n V 2 6 dA a B Q Comparando as equa es V 2 3 e V 2 6 verifica se que Wee C V 2 7 dt dA sendo c a celeridade da onda
108. V 3 1 M todo linear Os termos da equa o V 3 1 1 oQ pa 90 _ Ox E o Era podem ser escritos na forma de diferen as finitas por d dQ On HO Q jti ox Ax oQ Qa Oha a dt At oi j Q Qj a jtl j a Gist Gist 2 Substituindo na equa o V 3 1 1 obt m se p i E j 1 J 1 j j JH J gel j Oi GQ Q 0 B Q Zi _ itl itl itl Gist Fist Ax 2 At 2 j p On Q apo O Q 04 o a B OF Ors Ola AE he N g 2 At Jel ay ia JH 4 i Tin Q 04 a B Ax 0 B Qia At is 2 git 2 2 Ar 2 Ax V 3 1 1 V 3 1 2 V 3 1 3 V 3 1 4 V 3 1 5 V 3 1 6 JH ge Gi 2 V 3 1 7 j 1 At EA Q V 3 1 8 l pa pe on E Ax ap Sra Gi tGin py LB ee JE pag 2 At 2 65 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Capitulo V Onda cinem tica V 3 1 9 oi A ee O Q G KELAN B O 04 a i gia d i 1 Ax 2 2 2 i 1 i Ax V 3 1 10 qii Ge OP Oia mga At pian A dia rap AS of ral oat Qf 4 Ax 2 A equa o V 3 1 11 o operador num rico que permite determinar Q em fun o de At Ax Oi Q gil e g Como At e Ax s o constantes em toda a grelha Os i jtl caudais de percurso q e q s o previamente determinados Assim para cada n vel de jtl tempo j s o percorridas todas as posi es i determinando o caudal Q77 0 0 i 1 Ax ia i 1 Ax L x Figu
109. Y x t EKS a aa Se Pa h 7 SE QUI CN SS VA JA K SS ES SS rR AD Sa a SSIS BR RSS SH EE ESSES Ss NR SSS SSS SSRIS OS SS Zed NS See a Se LN SE ee QSSSSSSSHSSSOSS SSUES SS pS SAS EE i M Figura VI 3 1 Representa o esquem tica da estrutura de dados A informa o espacialmente distribu da como a cota classe taxon mica do solo a classe de uso do solo e a classe de infiltra o resultante da intersec o destas ltimas duas s o n veis de informa o de uma matriz que representa as propriedade est ticas da bacia ou seja propriedades que para o intervalo de tempo de c lculo s o invari veis A precipita o ap s ser espacialmente distribu da armazenada numa matriz com tantas linhas quanto o n mero de c lulas e tantas colunas quanto o n mero de intervalos de tempo considerados 80 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VI Modelo Quasi 2D Figura VI 3 2 Representa o esquem tica da estrutura dos dados pormenor VI 3 1 M todo linear Assim a express o apresentada no cap tulo V adaptada rede tem a seguinte forma Catia hoa iow At a B f a 07 0 0 Er oje Le A rop e Lt lo L VI3 1 1 sendo j n vel de tempo ic n mero do tro o O Ji caudal a montante do tro o ic O caudal a jusante do tro o ic A intervalo de tempo Ax comprimento do tro o oe B t m o mesmo significado que no c
110. a o de base dispon vel a descri o da geomorfologia de uma bacia hidrogr fica com base num modelo digital do terreno de quadr cula regular exige consider vel quantidade de informa o geralmente esta informa o tem o papel como suporte f sico o que torna dif cil e demorada a sua convers o para suporte digital e certamente motivo de dissuas o para a utiliza o de modelos deste g nero Contudo com o desenvolvimento e generaliza o dos sistemas de informa o geogr fica SIG existe cada vez mais informa o dispon vel em suporte digital em que a sua convers o para o formato requerido para o modelo pode ser automatizada o que torna atractiva a utiliza o generalizada deste g nero de modelos a m dio prazo uma rea de investiga o paralela ao tema de estudo e que tem tido um desenvolvimento surpreendente nos ltimos tempos a detec o remota Singh 1996 possibilitando a aquisi o de informa o via sat lite O formato em que esta informa o adquirida via sat lite se disponibiliza ap s ser tratada s o imagens mapas de pontos que f cilmente s o convertidas nas matrizes de dados necess rias ao modelo Por isso de esperar que a m dio prazo seja pr tico modelar bacias hidrogr ficas utilizando modelos distribu dos com base no modelo digital do relevo discretizada a rede hidrogr fica A gera o da rede baseia se no facto de a direc o do escoamento ser a do maior declive O principa
111. a CN calcula os hietogramas de precipita o efectiva pelo m todo da curva n mero Calcula escoamento na rede hidrogr fica M todo linear calcula o escoamento na rede hidrogr fica pela resolu o da equa o da onda cinem tica pelo m todo linear O m todo utilizado para o c lculo da precipita o efectiva aquele cujas propriedades foram lidas por ltimo Calcula escoamento na rede hidrogr fica M todo n o linear calcula o escoamento na rede hidrogr fica pela resolu o da equa o da onda cinem tica pelo m todo n o linear O m todo utilizado para o c lculo da precipita o efectiva aquele cujas propriedades foram lidas por ltimo Calcula escoamento na rede hidrogr fica ML gt MNL como para efectuar o calculo pelo m todo n o linear necess rio efectua lo primeiro pelo m todo linear este comando efectua os dois c lculos em sequ ncia n o parando ap s o primeiro Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua A 13 Anexo A Descri o do programa MDBH Calculo de volumes Calcula volume de precipita o total P calcula o volume precipitado total sobre a bacia hidrogr fica durante o tempo de c lculo Calcula volume de precipita o efectiva total Pe GA calcula o volume de precipita o efectiva gerado sobre toda a bacia hidrogr fica durante o tempo de c lculo calculado com base na equa o de Green Ampt Calcula volume de precipita o efectiva total Pe
112. a pois os valores destas propriedades podem variar consideravelmente para o mesmo solo Outro problema que surge no uso desta equa o que n o existe nenhum par metro que permita considerar o efeito do uso do solo factor que influ ncia consideravelmente a infiltra o Para ajustar o volume de precipita o efectiva considerou se a situa o de o solo estar capacidade de campo pF1 8 e os valores da conductividade hidr ulica referidos no quadro VII 7 2 foram multiplicados por 0 175 Todos os outros par metros da equa o de Green Ampt foram os referidos no referido quadro Com base no hietograma calculado para cada c lula e nas propriedades da classe de infiltra o da respectiva c lula determinado o hietograma de precipita o efectiva pelo m todo da Curva N mero do Soil Conservation Service e pela equa o de Green Ampt A titulo ilustrativo s o apresentados os hietogramas de precipita o e precipita o efectiva determinada pelos dois m todos para cinco c lulas com posi o aleat ria na bacia Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 119 Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel SI aoe AT eS RET SAER EENE N RR PCa MT ES PARES RE o O O i i i 4 Hidrograma CI classe de infiltra o kr 2m om Ekm Hietograma GS E pt Tt Lee EJEDE a ee ma Figura VIII 1 2 3 Localiza o das c lulas utilizadas p
113. a apresentada na segunda parte aplicada a um caso pr tico Apresenta se a caracteriza o hidrol gica da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Os dados utilizados pelo modelo bem como os resultados que se obtiveram mediante os v rios cen rios considerados tamb m s o apresentados nesta parte Por fim no cap tulo IX referem se as conclus es sobre o trabalho efectuado e tecem se considera es sobre linhas de investiga o futuras S o inclu dos dois anexos um dos quais o manual do utilizador do modelo e o outro o c digo do programa O capitulo I tem por objectivo apresentar o trabalho ao leitor o tema do trabalho a organiza o do mesmo e justificar a utilidade do mesmo No cap tulo II feita uma s ntese de conhecimentos onde se refere a hist ria do desenvolvimento dos modelos de precipita o escoamento e se apresenta sumariamente alguns modelos do escoamento superficial O cap tulo III apresenta a forma como os dados da precipita o s o tratados e como feita a sua distribui o espacial Introduz o fen meno da infiltra o e s o deduzidos dois m todos para a simular A equa o de Green Ampt e o m todo da Curva N mero do Soil 2 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Capitulo I Introdu o Conservation Service SCS Tamb m se indica como se determinaram e se aferiram as propriedades das classes de infiltra o No capitulo IV s o deduzidas as e
114. a classe de infiltra o corresponde uma combina o de uma classe taxon mica do solo com um tipo de uso do solo Com base nesta informa o poss vel atribuir propriedades a estas classes Bim Bins E Usui DO ee 41 be Dame Jaman 2 Jo ESR B e co ai 7 B23 E E se Weoo B os B ce B eow M sm saai Be ow sms Data Deve co Ds sem gs sas i Mis Meo ses ss 5830 sm Miaa E Bs Panera fy iy E 2a UHAR 7 39 DBD 4 64 12 58 TCE ER E RES ooo Brass cos B ao D Be ae Wro Brac Bs cn Bs sm so A ET se ci Be 70335 DERES KE Besos EE 2 am E eoig F 45125 Des B ea 7 0 o Bebe Ss Dae SOS Boma Ds q SEED Figura VII 7 1 Classes de infiltra o Na legenda da figura VII 7 1 o primeiro n mero entre par ntesis corresponde ao n mero da calasse taxon mica do solo e o segundo classe de uso do solo A rea de cada uma das classes de infiltra o e respectiva percentagem da rea total da bacia hidrogr fica referida no quadro VII 7 1 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 101 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Clnfilt CSolo CUsoSolo Area Area Clnfilt CSolo CUsoSolo Area Area Clinfilt CSolo CUsoSolo Area Area ID ID ID m2 ID QD ID m2 1 81160000 28 17 440000 640000 10 4000000 120000 26 160000 15 2360000 40000 80000 19760000 40000 40000 2120000 80000 320000 120000 40000 40000 240000 f 120000
115. a litros segundo para m3 segundo m qGA Dx Dy exch 3600 1000 L End Function Public Function qSCS nol As Integer no2 As Integer L As Single t As Single As Single caudal de percurso t em segundos Dim exch As Single em mm hora exch ExcessoDeChuvaSCS nol t ExcessoDeChuvaSCS no2 t 2 E mm horas exch ExcessoDeChuvasCs nol t dtChuva 3600 mm m m litro converte de litros hora para litros segundo para m3 segundo m litros hora qSCS Dx Dy exch 3600 1000 L End Function Public Sub CalculaDistChuva calcula a distribui o da precipita o pelo inverso das distancias s esta es meteorologicas vari veis para o c lculo da distribui o da precipita o pelo inverso das dist ncias Dim Dist As Single Dim ni As Single Dim n2 As Single Dim icel As Integer contagem das c lulas Dim ich As Integer contagem dos intervalos de tempo Dim ix As Integer contagem de coluna Dim iy As Integer contagem de linha Dim xcelula As Single coordenada x da c lula corrente Dim ycelula As Single coordenada y da c lula corrente vari veis de contagem Dim iEstac As Integer contagem das esta es meteorologicas ReDim Dist nEstac As Single ReDim ChuvaDist Nx Ny nChuva As Single icel 0 For iy 1 To Ny para todas as c lulas For ix 1 To Nx icel icel 1 contagem do numero de c lula xcelula x0 ix Dx calculo da coordenada x da c l
116. a resposta da ribeira a eventos meteorol gicos Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua ill Resumo iv Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Abstract Abstract The aim of this work is to give a contribute to the study of watersheds flood hydrographs The study and comprehension of the processes involved in a flood is of fundamental interest to the population safety and goods that are located in places which are frequently flooded Normally these places have a very high population density because they have water nearby The river is a good communication way and the soils are fertile The most relevant aspect of this study is the presentation of one precipitation runoff model that deals with the process in all watershed area which is able to predict and relate changes in the precipitation runoff relation due to modification on soil use This can be used in flood control works not by the intervention in the main channel as it is usual but by reordering the watershed soil conservation practices and changes of soil use The deterministic distributed model developed uses the kinematic wave equation to compute flood routing This equation is solved by two distinct numerical methods This technique is a way to detect the accumulation of errors and convergence problems The hydrographic network is supplied by distributed inflow which is calculated by the precipitation excess in a vision
117. aCelulas Dim X As Single Dim Y As Single Dim ix As Integer Dim iy As Integer desenha os n s For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx X Y ix Dx iy Dy Ca DSetLinhaGrossa Ca Dponto X Y Ca DSetLinhaIntermitente Ca Dlinha X Dx 2 Y Dy 2 X Dx 2 Y Dy 2 Ca Dlinha X Dx 2 Y Dy 2 X Dx 2 Y Dy 2 Ca Dlinha X Dx 2 Y Dy 2 X Dx 2 Y Dy 2 Ca Dlinha X Dx 2 Y Dy 2 X Dx 2 Y Dy 2 Ca DSetLinhaContinua Next ix Next iy End Sub Public Sub DesenhaRedeHidrografica Dim x1 As Single Dim yl As Single Dim x2 As Single Dim y2 As Single Dim ic As Integer Dim maxordem As Integer maxordem Ordem Nc For ic 1 To Ne xl Dx ixNNo nol ic yl Dy iyNNo nol ic x2 Dx ixNNo no2 ic y2 Dy iyNNo no2 ic Call DSetLinhaOrdemCor Ordem ic maxordem Call Dlinha xl yl x2 y2 Next ic B 18 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH End Sub Public Sub ExportaRedeHidrografica x1 As yl As Dim Single Dim Single x2 As y2 As Dim Single Dim Single Dim ix As Single Dim iy As Single X As Single Y As Single no As Integer Dim Dim Dim Dim widt As Single Dim ic As Integer Open c RedeHidx scr For Output As 1 desenha os n s Print 1 color 5 For ic 1 To Ne xl Dx ixNNo nol ic yl Dy iyNNo nol ic x2
118. aGA ExChuvaGA cel itChuva Else ChuvaDistribuidaEfectivaGA End If I End Function Public Function ChuvaDistribuidaEfectivaSCS cel As Integer itChuva As Integer As Single If itChuva lt nChuva Then ChuvaDistribuidaEfectivaSCS ExChuvaSCS cel itChuva Else ChuvaDistribuidaEfectivascs End If i fo End Function Public Function ClasseInfiltracao icel As Integer As Integer ClasseInfiltracao CInfilt icel End Function Public Function ClasseSolo icel As Integer As Integer ClasseSolo CSolos icel End Function Public Function ClasseUsoSolo icel As Integer As Integer ClasseUsoSolo CUsoSolo icel End Function Public Function ConductividadeHidraulica icel As Integer As Single ConductividadeHidraulica Ksolo CInfilt icel End Function Public Function CurvaNumero icel As Integer As Single CurvaNumero cn CInfilt icel End Function Public Sub ExportaSolos To Acad Dim icel As Integer Dim ix As Integer Dim iy As Integer Dim cs As Integer Dim X As Single Dim Y As Single Dim pix As Single Dim ply As Single Dim p2x As Single Dim p2y As Single Dim p3x As Single Dim p3y As Single Dim p4x As Single Dim p4y As Single Dim icsolo As Integer Open c solos scr For Output As 1 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 33 GStrip3sxy q y wom rr B 34 Anexo B C digo fonte do programa MDBH icel 0 For iy 1 To Ny
119. ada por B b VI 4 2 1 A rea da sec o transversal A b h VI 4 2 2 O per metro molhado calculado com base em P b 2 h VI 4 2 3 O raio hidr ulico dado pela rea sobre o per metro ou seja E A 142 4 Utilizando como lei de resist ncia do escoamento a f rmula de Manning Strickler 2 1 Q A k R S2 VI4 2 5 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VI Modelo Quasi 2D sendo A rea da sec o transversal do escoamento coeficiente de rugosidade R raio hidr ulico So declive do perfil longitudinal Substituindo as express es VI 4 2 2 VI 4 2 3 e VI 4 2 4 para o c lculo da rea per metro e raio hidr ulico lei de resist ncia do escoamento obt m se 2 AF amp Q A k S Si VI4 2 6 gt k A3 S g VI1 4 2 7 P3 Q 0 VI 4 2 8 A equa o VI 4 2 8 uma equa o n o linear cuja vari vel independente h A equa o convergente pelo m todo iterativo das substitui es sucessivas VI 5 C lculo das is cronas As is cronas s o linhas de igual tempo de propaga o do escoamento at sec o de refer ncia ou seja a rea compreendida entre a sec o de controlo e a is crona correspondente a um instante delimita a rea de contribui o correspondente a esse instante A essa rea de contribui o pertencem as c lulas cujo excesso de precipita o atinge a sec o de controlo num tempo igual ou inferior ao do
120. ap tulo V q a a caudal de percurso calculado com base no excesso de precipita o gerado na c lula a montante do respectivo tro o Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 81 Cap tulo VI Modelo Quasi 2D VI 3 2 M todo n o linear O m todo n o linear de resolu o da equa o da onda cinem tica apresentado no cap tulo V adaptado rede resulta no seguinte _ At jal NB Gi Chae a8 lo sa 0 rar Ettek VI 3 2 1 e Al P rhaa lrg VI 3 2 2 O valor do caudal na sec o dois no tro o ic J ser o zero da fun o f a a Como a fun o n o linear emprega se um m todo de resolu o num rica de equa es como o m todo de Newton Raphson VI 4 C lculo da altura do escoamento Conhecendo a geometria de todos os tro os e respectivos caudais poss vel determinar a altura do escoamento No modelo de onda cinem tica isto pode ser efectuado pelo c lculo da altura uniforme J que este modelo assume que numa determinada sec o ocorrem est gios de regime uniforme que se alteram de instante para instante ver cap tulo V VI 4 1 Sec o trapezoidal assim trica Margem esquerda Margem direita Figura VI 4 1 Sec o trapezoidal assim trica 82 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VI Modelo Quasi 2D Sendo conhecida a largura do rasto b e as co tangentes das margens m e m gt a largura
121. ara controlo de resultados Hietograma c lula 2476 Precipita o hor ria Green Ampi Precipita o hor ria mm hor O N WO A DN CO OO O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Tempo horas Figura VIII 1 2 4 Hietograma de precipita o precipita o efectiva hor ria c lula 2476 Hietograma c lula 2766 Precipita o hor ria mm hor A wi A di Da ANS i s 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Tempo horas 120 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Figura VIII 1 2 5 Hietograma de precipita o precipita o efectiva hor ria c lula 2766 Hietograma c lula 3342 Precipita o hor ria Pe Green Ampt Pe Curva N mero SCS o 29 E 8 7 Ss ss es g 4 o g 3 e o 2 0 70 80 90 100 110 120 130 140 Tempo horas Figura VIII 1 2 6 Hietograma de precipita o precipita o efectiva hor ria c lula 3342 Hietograma c lula 4726 Pe Green Ampt Pe Curva Numero SCS Precipita o hor ria mm hora 90 100 110 120 130 140 Tempo horas Figura VIII 1 2 7 Hietograma de precipita o precipita o efectiva hor ria c lula 4726 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 121 Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Hietograma c lula 57
122. ate yEstac As Single coordenada y da esta o Public nChuva As Integer numero de registos em cada esta o Private Chuva As Single registos da pluviosidade Private ChuvaDist As Single variaveis para o c lculo do excesso de precipita o Private ExChuvaGA As Single excesso de chuva por GreenAmpt mm hora Private ExChuvaSCS As Single excesso de chuva pelo SCS mm hora Public Function AntecedentMoistureCondition icel As Integer As Integer AntecedentMoistureCondition amc CInfilt icel End Function Public Function CalculaNumClassesSolos Dim icel As Integer Dim numcl As Integer For icel 1 To Nx Ny numcl Maximo numcl CSolos icel Next icel CalculaNumClassesSolos numcl End Function Public Function CalculaNumClassesInfilt Dim icel As Integer Dim numcl As Integer For icel 1 To Nx Ny numcl Maximo numcl CInfilt icel Next icel CalculaNumClassesInfilt numcl End Function Public Function CalculaNumClassesUsoSolo Dim icel As Integer Dim numcl As Integer For icel 1 To Nx Ny numcl Maximo numcl CUsoSolo icel Next icel CalculaNumClassesUsoSolo numcl End Function Public Sub CalculoDeAreas Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 31 Anexo B C digo fonte do programa MDBH Dim isolo As Integer Dim icel As Integer Dim iy As Integer Dim ix As Integer Dim Area As Single determina a rea de cada uma das classes de so
123. baixos as celeridades diminuem 132 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo IX Conclus es consideravelmente o que faz com que o tempo de esvaziamento da rede hidrogr fica seja alto Tal constata o tamb m registada por Silva 1996 a principal falha na instrumenta o n o existir uma esta o udom trica pr xima do centro de gravidade da bacia As esta es udom tricas excep o da esta o de S o Br s de Alportel est o mais afastadas do centro de gravidade da bacia hidrogr fica do que seria desej vel Isto provoca alguma diferen a entre a precipita o espacialmente distribu da calculada e a real o que evidentemente se reflecte nos hidrogramas calculados a aplica o da equa o de Green Ampt para a modela o matem tica da infiltra o revela alguns problemas quando a aplica o se faz a esta escala N o obstante do bom comportamento da equa o esta necessita de par metros do solo que n o s o f ceis de obter e que apresentam grande variabilidade espacial mesmo para o mesmo tipo de solos Outro problema da aplica o desta equa o que n o existe forma explicita de considerar o efeito do uso do solo Tal considera o ter que ser introduzida nos par metros intr nsecos do solo mediante aferi o destes a aplica o do m todo da curva n mero do Soil Conservation Service para o c lculo da precipita o efectiva revela se pr tico Nos c lcu
124. c o de jusante Fa resultante da press o hidrost tica segundo a direc o do escoamento nas laterais do volume de controlo Fa factor de sinuosidade adicional f taxa de infiltra o g acelera o da gravidade g t resposta de um sistema linear entrada de um caudal unit rio e constante Yy peso vol mico h cota da superf cie livre do escoamento medida a partir do leito ho altura da l mina de gua acima da superf cie do solo viii Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua S mbologia h t a O ELA Rn Q resposta de um sistema linear entrada de um volume unit rio num intervalo de tempo no sistema porosidade caudal que entra no sistema hidrol gico ndice de pendente posi o no espa o n mero da c lula precipita o retida no solo antes do escoamento se iniciar n mero do tro o corrente da rede hidrogr fica n vel de tempo conductividade hidr ulica factor de expans o ou contrac o coeficiente de compacidade ou ndice de Gravelius coeficiente de rugosidade de Manning Strickler factor de forma constante de um sistema hidrol gico linear comprimento do canal principal estir o dist ncia medida em linha recta entre a nascente e a foz lado maior do rect ngulo equivalente profundidade da frente de humedecimento para um tempo t dist ncia em km desde a sec o de controlo at ao ponto localizado na linha de gua
125. c sM1 ic sM2 ic sB ic Input Input Next ic Close 1 End Sub Public Sub GravaResultadosDaRedeHidrografica ficheiro As String Dim ic As Integer Open ficheiro For Output As 1 Print 1 TRO O NO1 NO2 ORDEM L Print 1 ID m For ic 1 To Ne Print 1 o Print 1 Format ic 0000 Ms Print 1 Format nol ic 0000 3 Print 1 Format no2 ic 0000 Print 1 Format Ordem ic 000 Print 1 Format sL ic 000 00 Print 1 Format sS0 ic 0 0000 Print 1 Format sB ic 00 00 Print 1 Format sMl ic 0 0000 Print 1 Format sM2 ic 0 0000 Next ic Close 1 End Sub Public Sub LeCoefRugosidade so B m m m M1 m m wo m m B 14 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH Dim ix As Integer Dim iy As Integer factor de rugosidade de manning f Open fileKManning For Input As 1 x ReDim Krug Nx Ny For iy 1 To Ny E For ix 1 To Nx t Input 1 Krug NNo ix f Next ix i Next iy Close 1 End Sub Public Sub GeraHidrograma Dim CelHidrograma As Integer Dim canal As Integer Dim ic As Integer Dim j As Integer CelHidrograma Val frmCelulaN txtCelulaN Text iy descobre qual o tro o que parte da c lula For ic 1 To Nc If nol ic CelHidrograma Then canal ic Exit For End If Next ic On Error GoTo lbG
126. causado pela fric o entre o ar e a superf cie livre do volume de controlo e dado por F T B dx IV 2 13 sendo T tens o tangencial entre o ar e a superficie livre do volume de controlo B largura superficial da sec o transversal A tens o tangencial numa fronteira de um fluido pode ser escrita como V 0 C lV oS eI E ai IV 2 14 T sendo V velocidade relativa entre o fluido e o ar C coeficiente da tens o tangencial entre o fluido e o ar Como a velocidade m dia do escoamento dada por yal IV 2 15 a e designando a velocidade do vento por V a velocidade relativa entre o ao e o fluido calculada por O V V cos IV 2 16 em que qo o ngulo formado entre a direc o do vento e a direc o do escoamento 52 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo IV Equa es de Saint Venant Assim a for a resultante da ac o do vento sobre o fluido contido no volume de controlo dada por p C 3 V V F A DR dx IV 2 17 chamando C WV W E TER 1V 2 18 resulta F W pB dx 1V 2 19 A resultante devido diferen a de press es hidrost ticas entre a sec o de montante a e sec o de jusante do volume de controlo e contrac o ou expans o do canal determinada por F F p Egt Ea IV 2 20 sendo F resultante da press o hidrost tica actuante na sec o de monta
127. cheiro que cont m as propriedade das classes de infiltra o necess rias modela o da infiltra o pela equa o de Green Ampt Propriedades das classes de infiltra o SCS abre o ficheiro que cont m as propriedade das classes de infiltra o necess rias ao c lculo da precipita o efectiva pelo m todo da Curva N mero do Soil Conservation Service Chuva abre o ficheiro que cont m os hietogramas fornecidos e localiza o das esta es das udom tricas envolvidas no c lculo da rela o precipita o escoamento superficial Todos abre todos os ficheiros de dados descritos anteriormente Calculo Gera classes de infiltra o A 12 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo A Descri o do programa MDBH tendo em mem ria a distribui o espacial das classes taxon micas dos solos e das classes de uso do solo pela intersec o destas s o geradas e guardadas em ficheiro as classes de infiltra o Gera rede hidrogr fica com base no modelo digital do relevo gera a rede hidrogr fica Calcula distribui o de chuvas pela localiza o das esta es udom tricas e respectivos hietogramas calcula a distribui o espacial da precipita o sobre a bacia hidrogr fica correspondente a um determinado evento meteorol gico Calcula precipita o efectiva Green Ampt calcula os hietogramas de precipita o efectiva pela equa o de Green Ampt Calcula precipita o efectiv
128. cia mais pr xima da de uma circunfer ncia e os declives s o mais acentuados pelo que o tempo de concentra o menor cerca de 2 horas Isto faz com que para o mesmo volume escoado os caudais de pico sejam mais elevados Desta forma prova se que chuvas id nticas provocam diferentes respostas na bacia hidrogr fica consoante a zona desta em que se fazem sentir 130 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 131 Cap tulo IX Conclus es IX Conclus es Ao longo do presente trabalho desenvolveu se um modelo distribu do deterministico do escoamento superficial de uma bacia hidrogr fica O modelo do escoamento de superf cie baseia se no seguinte a topografia da regi o em estudo bem como as propriedades dos solos e respectivos usos s o dados na forma de um modelo digital do terreno de quadr cula em que a superf cie do terreno discretizada em c lulas quadradas regulares Assume se que as propriedades do terreno s o homog neas no interior de cada c lula podendo no entanto variar de c lula para c lula Verifica se que tal restri o n o constitui problema pois para o comportamento global da resposta da bacia a um evento pluviom trico a variabilidade espacial das propriedades do terreno correctamente representada de acordo com a inform
129. cial x Open fileQini For Input As 1 ReDim Qini Nx Ny icel 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 Qini icel 0 0000001 Next ix Next iy i Close 1 End Sub Public Function MDT icel As Integer Dim ix As Integer Dim iy As Integer ix iy ixNNo icel iyNNo icel MDT DEM ix iy End Function Public Sub PreenchePropriedadesDoCanal celula As Integer Dim ic As Integer Dim canal As Integer determina qual o tro o For ic 1 To Ne If nol ic celula Then canal ic End If Next ic If canal 0 Then Exit Sub frmPropriedadeDoCanal txtTroco Text Str canal frmPropriedadeDoCanal txtNol Text Str nol canal frmPropriedadeDoCanal txtNo2 Text Str no2 canal frmPropriedadeDoCanal txtOrdem Text Str Ordem canal frmPropriedadeDoCanal txtL Text Format sL canal 000 00 frmPropriedadeDoCanal txtB Text Format sB canal 000 00 frmPropriedadeDoCanal txtS0 Text Format sS0 canal 0 0000 frmPropriedadeDoCanal txtml Text Format sM1 canal 00 000 B 16 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH frmPropriedadeDoCanal txtm2 Text Format sM2 canal 00 000 frmPropriedadeDoCanal txtKs Text Format Ks canal 00 0 End Sub Private Function qp nol As Integer no2 As Integer L As Single t As Single As Single caudal de percurso L comprimento do canal If mcPe 1 Then green ampt qp
130. co n o considera aleat riedade para um determinado conjunto de vari veis de entrada corresponde sempre um mesmo conjunto de vari veis de sa da Um modelo diz se estoc stico se considera alguma aleat riedade no sistema Todos os sistemas hidrol gicos envolvem alguma aleat riedade contudo se a variabilidade das vari veis de sa da pequena quando comparada com variabilidade de factores conhecidos os modelos deterministicos s o apropriados Se o sistema real apresenta grande variabilidade das vari veis de sa da para as mesmas vari veis de entrada nesta situa o a utiliza o de um modelo estoc stico mais indicada Um sistema hidrol gico desenvolve se em tr s dimens es no espa o mas por simplifica o ao elaborar um modelo desse sistema podemos eliminar uma duas ou mesmo as tr s dimens es dando origem a um modelo deterministico agregado Num modelo deterministico agregado s o consideradas m dias das vari veis espacialmente distribu das reduzindo o modelo a um ponto no espa o em que s se considera a varia o temporal Pelo contr rio um modelo deterministico distribu do considera o processo hidrol gico a ocorrer em v rios pontos do espa o sendo as vari veis de sa da e de entrada fun o do tempo e do espa o Os modelos estoc sticos s o classificados como independentes do espa o ou correlacionados com o espa o conforme as vari veis aleat rias em diferentes pontos do espa o se influenciam m tuamente
131. coamento largura do rasto do leito par metro da equa o da onda cinem tica factor de correc o da quantidade de movimento ou coeficiente de Boussinesq coeficiente da tens o tangencial entre o fluido e o ar cota m xima da bacia hidrogr fica n mero de escoamento celeridade da onda cinem tica celeridade da onda din mica densidade de drenagem comprimento do volume de controlo dist ncia intervalo de tempo incremento da dist ncia segundo x varia o do teor volum trico de humidade comprimento da linha de gua principal Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua vii S mbologia Es energia cin tica E caitulo comprimento da linha de gua principal obtido pelo somat rio dos comprimentos dos tro os que definem essa linha de gua na rede hidrogr fica de c lculo E eai comprimento da linha de gua principal obtido por medi o sobre a cartografia base F for a Fa precipita o retida ap s o escoamento superficial se iniciar F t fun o infiltra o acumulada F for a de contrac o ou expans o causada por varia es bruscas da geometria do canal F for a grav tica F for a de atrito com o fundo e laterais do volume de controlo F for a do vento na superf cie do fluido F for a devida de press o Fom resultante da press o hidrost tica actuante na sec o de montante Fy resultante da press o hidrost tica actuante na se
132. coamento em superf cie livre e pela estabilidade dos m todos num ricos para a sua resolu o recorreu se ao modelo de onda cinem tica para modelar o comportamento do escoamento em superf cie livre gradualmente variado na rede hidrogr fica Silva 1996 Os caudais de percurso que alimentam a rede hidrogr fica devido ao excesso de precipita o Horton 1933 s o determinados com base na equa o de Green Ampt o que constitui uma boa aproxima o e tem demonstrado bons resultados em modelos consagrados como o WEPP Flanagan 1995 O excesso de precipita o tamb m determinado com base no m todo da Curva N mero CN do Soil Conservation Service por forma a servir de termo de compara o com os resultados do m todo anterior Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 1 Capitulo I Introdu o 1 2 Organiza o O presente trabalho divide se em quatro partes perfazendo um total de nove cap tulos e dois anexos A primeira parte constitu da pelos cap tulos I e II e nela se faz a apresenta o do presente trabalho os seus objectivos e a sua inser o no estado actual do conhecimento A segunda parte constitu da pelos cap tulos III IV V e VI Visa a apresenta o e dedu o das equa es base utilizadas pelo modelo bem como a justifica o das constata es pressupostos e simplifica es que ditaram a sua forma A terceira parte pertencem os cap tulos VII e VIII A metodologi
133. crassesdeusodosolo O 6 AzSbMd_ Azinheira Sobreiro Medronheiro 8 Ht Culurashort colasemregadio Z 9 M Medronheiro S O Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 99 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel SU Old J J A amp Quadro VII 6 1 Usos do solo A rea ocupada por cada um dos usos do solo e respectiva percentagem da rea total da bacia hidrogr fica referida na figura VII 6 1 e no quadro VII 6 1 apresentada no quadro VIL6 2 Areas das classes de uso do solo CUsoSolo Area Area CUsoSolo Area Area CUsoSolo Area Area ID 100 m2 Yo ID m2 Yo ID m2 Yo 81440000 240000 27 80000 20160000 2360000 28 40000 6320000 520000 29 40000 80000 440000 30 480000 520000 0 31 720000 0 120000 32 160000 2120000 1320000 33 320000 1000000 320000 34 120000 720000 160000 35 80000 4240000 3560000 36 560000 600000 40000 37 320000 120000 360000 2160000 160000 Quadro VII 6 2 Areas das classes de uso do solo Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Vil 7 Classes de infiltra o Com base nas classes taxon micas do solo e nas classes de uso do solo s o geradas classes de infiltra o Cada classe de infiltra o resulta da intersec o das classes taxon micas dos solos com as classes de uso do solo Assim a cad
134. de argila D Mais alto potencial de defl vio Muito argiloso quase imperme vel Os valores mais altos de CN est o dentro deste tipo Textura do solo Taxa de infiltra o m nima Grupo de solo SCS mm hora 210 06 61 21 5 Quadro ITI 2 2 1 Grupos de solo segundo o SCS z Com base no quadro 1 2 2 1 poss vel elaborar um baco triangular que relaciona a textura do solo com o seu grupo hidrol gico E Segundo Raws et all 1982 em Thomas N Debo 1995 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 41 Cap tulo III Caudais de percurso A POODOOM gt RR TATATATA TATA YAYATA TATA ATAYA ROO OO ORION KOR SAAD AN NAAN NINAX 100 100 90 80 70 40 20 10 PERCENTAGEM DE AREIA Figura ITI 2 2 2 Abaco triangular para a classifica o do grupo hidrol gico de 4 solo Elaborado com base em Raws et all 1982 em Thomas N Debo 1995 42 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II Caudais de percurso Valores do n mero de escoamento para regi es rurais CN Utiliza o ou cobertura do solo Condi es de superficie Tipo de solo A B D Solo lavrado 77 86 94 Culturas arvenses segundo maior declive 64 76 88 segundo curvas de n vel 62 74 85 segundo as curvas de n vel e em terra os 60 71 82 Rota es de cultura segundo maior declive 62 75 87 segundo curvas de n vel 60 72 84 segundo as curvas de n vel e em terra
135. de linhas Public Ny As Integer numero de colunas Public Dx As Single Dx Dy dimens o da celula Public Dy As Single Public Dt As Single incremento de tempo Public Nt As Single numero de incrementos de tempo Private DEM As Single digital elevation model Private Qini As Single dados do escoamento em cada c lula no inicio t 0 Private Krug As Single coef s de rugosidade Private KsFoz As Single Private KsCabeceira As Single vari vel que define qual o m todo para o c lculo da precipita o efectiva Public mcPe As Integer 1 Green Ampt 2 SCS CN Dados dos segmentos de canal Private Nc As Integer nunero de tro os de canal Private nol As Integer n 1 do tro o ic Private no2 As Integer n 2 do tro o ic Private Ordem As Integer ordem do tro o ic Private sL As Single comprimento do tro o ic Private sS0 As Single declive do tro o ic Private sMl As Single declive da margem esquerda Private sM2 As Single declive da margem direita Private MaxB As Single largura da base do canal na sec o de controlo Private fSinAdic As Single factor de sinuosidade adicional Private sB As Single largura da base do canal Private Q1 As Sing Private Q2 As Sing Private H2 As Sing Private cK As Sing caudal na extremidade Montante caudal na extremidade Jusante altura da lamina de gua na extremidade de jusante DO DO celeridade da onda cinem tica strings com a loca
136. decimento B a equa o 5 1 3 pode ser escrita na seguinte forma f K puto 0 2 1 5 Za Xp Figura III 2 1 2 Infiltra o numa coluna de solo A zona 1 representa a altura da l mina de gua superf cie devido ao excesso de precipita o situa o em que a intensidade de precipita o superior infiltra o potencial m xima A zona 2 representa o solo j afectado pela frente de humedecimento com teor de humidade volum trico igual porosidade A zona 3 identifica o solo ainda n o afectado pela frente de humedecimento e com teor de humidade volum trico9 A carga no ponto A igual altura ho e no ponto B igual a L w Substituindo na equa o de Darcy vem TEk tzw 1 2 1 6 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 33 Cap tulo III Caudais de percurso Como a altura ho pequena quando comparada com W e L pode se admitir que FSK dos 1 2 1 7 Como a profundidade da frente de humedecimento dada por e 1 2 1 8 AO Substituindo na equa o III 2 1 7 obt m se g WAOTF 1 2 1 9 T f Como a taxa de infiltra o f a derivada da infiltra o acumulada F em ordem ao tempo 34 F pa 11 2 1 10 dt A equa o 1 2 1 9 pode ser escrita na forma de equa o diferencial OF _ g WAOE L 2 1 11 dt F O que id ntico a F dF K dt 11 2 1 12 F y AO O que tamb m pode ser escrito como F y AO AO ae Ra 11
137. des como os par metros que caracterizam o solo e a precipita o s o homog neas no interior de cada c lula podendo no entanto variar de c lula para c lula ANTI SW 7 aN Ngee NINE 0o90 15000 DADO 2000 UM i soem DAS Figura VI 2 Discretiza o da bacia hidrogr fica em c lulas Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 71 Cap tulo VI Modelo Quasi 2D Conhecendo as cotas do centro de gravidade de cada c lula modelo digital do relevo poss vel gerar o mapa de declives Assim para ocorrer a sa da de um determinado volume de gua de uma c lula qualquer e admitindo c lulas de forma quadrada existem oito direc es poss veis tal como indicado na figura VI 3 Figura VI 3 Poss veis direc es do escoamento A direc o escolhida aquela segundo a qual o declive mais acentuado A representa o dos caminhos tomados pelo escoamento segundo os quais se d a entrada e sa da de gua e sedimentos para cada c lula a rede hidrogr fica Com base na topografia do exemplo da figura VI 1 representa se na figura VI4 a rede hidrogr fica definida pelo crit rio acima referido 72 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VI Modelo Quasi 2D Figura VI 4 Discretiza o da rede hidrogr fica Deste modo os centros de gravidade das c lulas podem se considerar n s e a rede definida por um conjunto de tro os Cada tro o
138. do Fs factor de sinuosidade adicional Foren comprimento da linha de gua principal medido sobre a cartografia de base E caleulo comprimento da linha de gua principal obtido pelo somat rio dos comprimentos dos tro os que definem essa mesma linha No c lculo o comprimento de todos os tro os multiplicado por este factor 78 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VI Modelo Quasi 2D VI 2 Coeficiente de rugosidade de Manning Strickler Ks A perda de carga que se verifica no escoamento devida ao atrito entre a gua e o leito das linhas de gua varia com o material e forma do leito e vegeta o que se encontra neste No cap tulo V na dedu o da equa o da Onda Cinem tica empregou se a equa o de Manning Strickler Numa bacia hidrogr fica verifica se que a rugosidade do leito dos tro os de linha de gua varia com a ordem desse mesmo tro o Os tro os de cabeceira apresentam o leito mais irregular e com mais vegeta o do que os tro os de ordens superiores pertencentes s linhas de gua principais Com base nessa constata o adoptou se por definir o coeficiente de rugosidade para os tro os de cabeceira e para a sec o de controlo onde se encontra a esta o hidrom trica Para os restantes tro os considera se a varia o do coeficiente de rugosidade directamente proporcional ao n mero de ordem do respectivo tro o sendo o coeficiente de rugosidade de um tro
139. do Solo e da gua 91 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel de uma rugosidade m nima no tro o em que se situa a sec o de controlo em que a ordem m xima e a que corresponde um coeficiente de rugosidade K m ximo Por observa o visual in situ compara o com as fotos de canais naturais de K conhecido apresentadas em Chow 1959 e alguma aferi o dos caudais utilizaram se os seguintes valores de K Nas cabeceiras K 4 m 7 Na sec o de controlo K 25 ae es VIIL 3 Rede hidrogr fica A rede hidrogr fica obtida por digitaliza o sobre a carta militar escala 1 25000 a seguinte pe O km 2 km 4 km E xm Figura VII 3 1 Rede hidrogr fica da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel 92 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Perfil longitudinal E o amp Q o 25 Dist ncias km Figura VII 3 2 Perfil longitudinal da linha de gua principal Par metro valor unidade Comprimento da linha de gua principal 48 6 km Sinuosidade 2 26 km km Declividade entre a nascente e a foz 0 010189 m m Declividade m dia 0 006748 m m Declividade equivalente constante 0 006279 m m Quadro VII 3 1 Par metros descritivos da linha de gua principal A geometria da sec o de controlo localizada no s tio da Bodega pode ser observada
140. dos climas sub h midos e semi ridos normais de calc rios Pc Solos calc rios pardos dos climas sub h midos e semi ridos normais de calc rios n o compactados Vcd Pc Vcd Solos argiluviados pouco insaturados Solos mediterr neos vermelhos ou amarelos normais de calc rios compactados ou dolomias Pc Solos calc rios pardos dos climas sub h midos e semi ridos normais de calc rios n o compactados Solos calc rios vermelhos dos climas sub h midos e semi ridos normais de calc rios Solos argiluviados pouco insaturados Solos mediterr neos vermelhos ou amarelos normais de calc rios compactados ou dolomias Barro castanho avermelhado calc rio n o descarbonatado de basaltos ou doleritos m x Solos lit licos n o h micos dos climas sub h midos e semi ridos normais de gr s de Silves ou rochas afins Solos incipientes Litossolos dos climas sub h midos e semi ridos de calc rios compactos ou dolomias Aluviossolos modernos de textura mediana doleritos ou outras rochas eruptivas b sicas Solos argiluviados pouco insaturados Solos mediterr neos pardos de materiais n o calc rios de xistos ou gr o vaques Solos calc rios pardos dos climas sub h midos e semi ridos normais de calc rios n o compactados Al Px Al Aluviossolos modernos n o calc rios de textura ligeira Px Solos argiluviados pouco insaturados Solos mediterr neos pardos de materiais n o calc rios de xistos ou gr
141. e rope t t tu eb Pele bee E Perea eet Biase PIREA a NY TE E a S T TE TE ROE oe Rey Glee ae ee ae E CPA a m Figura VIII 1 Discretiza o da rede hidrogr fica da Ribeira de Alportel C lulas de 200x200 m O coeficiente de sinuosidade adicional determinado para a rede hidrogr fica discretizada com base na resolu o de 200x200 m foi de 1 27 ver cap tulo VI Para efectuar a an lise de sensibilidade dimens o da c lula a mesma rede hidrogr fica foi discretizada tendo como base o modelo digital do relevo com a dimens o das c lulas de 400x400 m A rede hidrogr fica assim obtida apresentada na figura VIII 2 EN O a a a AA a a T T AN DRRNNNNENNNNENAZE Gac 2m EEHEHE E AEREE TVAEPATE ble ciara aac ET NAVEGUE TA Fie AORN RES E AZA M ais AN FE RAS SSH RAE ARTERIAL PRE TO RHA APEC Se Figura VIII 2 Discretiza o da rede hidrogr fica da Ribeira de Alportel C lulas de 400x400 m 112 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel O coeficiente de sinuosidade adicional determinado para a rede hidrogr fica discretizada com base na resolu o de 400x400 m foi de 1 42 ver cap tulo VI VIIL1 Cen rio 1 chuva efectiva uniforme constante e de longa dura o Como primeiro cen rio para a aplica o do modelo considerou se uma chuva que gerou uma precipita o efecti
142. e CStr X CStr X B 19 Anexo B C digo fonte do programa MDBH Print 1 PLINE CStr X 5 Dx 2 5 Def Dye MCSE YK 5 amp Dy f 2 Print PL PLINE 7 CSste 5 De 2 95 DEY 2 por OSEE Y 5 Dy ray mom Next iy Next ix Close 1 End Sub Public Sub GravaResEsc file As String Dim ic As Integer Dim j As Integer Open file For Output As 1 ye CSET t S Dy of 2 p CSte Y Boto Dy 27 W 10 0 10 0 CStr X w 10 0 10 0 CStr X H cK m m s H cK P PeGA Pescs m m s mm mm mm n dtChuva 1 000 0 ny Int j Dt dtChuva 1 000 0 Int j Dt dtChuva 1 000 0 Print 1 Tro o Nol No2 t Q1 Q2 Print 1 s m3 s m3 s For ic 1 To Nc Print 1 t Format 5 Dt 0000 For j 1 To Nt Print 1 Format ic 0000 na Print 1 Format nol ic 000 ng Print 1 Format no2 ic 000 L Print 1 Format j Dt 0 00 t Print 1 Format Ol ic 5 000 00 Print 1 Format Q2 ic j 000 00 Print 1 Format H2 ic 5 00 00 s3 Print 1 Format cK ic 3 00 00 Next 5 Next ic Close 1 End Sub Public Sub GravaResEscCelN cel As Integer file As String Dim ic As Integer Dim troco As Integer Dim j As Integer For ic 1 To Ne If nol ic cel Then troco ic Exit For End If Next ic Open file For Output As 1 Print 1 Tro o Nol No2 t Q1 Q2 Print 1 h m3 s m3 s For j
143. e ordena os tro os de rede hidrogr fica nos vectores por ordem ascendente do seu n mero de ordem Isto necess rio visto a ordem de c lculo ser obrigatoriamente esta Por forma a que quando se inicia o c lculo do escoamento num tro o de ordem c j todos os de ordem 1 2 c 1 j terem sido calculados nesse instante Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 73 74 Cap tulo VI Modelo Quasi 2D GERA REDE HIDROGR FICA OrdenaRede ord ord 1 Direc ix2 iy2 n1 nNO ix1 iy1 n2 nNO ix2 iy2 Sim Ordem icid Maxint Ordem icid ord Nc Nc 1 Redim Preserve no1 Nc Redim Preserve no2 Nc Redim Preserve Ordem Nc no1 Nc n1 no2 Nc n2 Ordem Nc Maxint Ordem Nc ord ix ix 1 Figura VI 5 Fluxograma da sub rotina GeraRedeHidrogr fica Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VI Modelo Quasi 2D O declive S de um tro o ic definido como s ei o CotaN ic VI 1 AS vari veis m pic e m gt ic representam a tangente do ngulo formado entre a vertical e a margem esquerda e direita do tro o ic respectivamente A sec o transversal sup e se ter forma trapezoidal assim trica como representado na figura VL7 Figura VI Defini o da sec o transversal Para a defini o da sec o transversal considere se o esquema representado em planta na figura VI 8 sendo _ Ord
144. e And Pond ich 1 True Then pondi ich True Else pondi ich False End If Next ich c lculo da infiltra o acumulada InfiltAcumGA 1 0 For ich 2 To nChuva If pondi ich True Then verifica se excesso de precipita o calcula a infiltra o acumulada quando existe excesso de precipita o Ft InfiltAcumGA ich 1 For i 1 To 1000 numero m ximo de iterac es Ftx Ftl B 40 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH PSIsolo cs dTeta Ft PSIsolo cs Ftl Ft Ksolo cs dtCh PSIsolo cs dTeta Log Ftl dTeta If Abs Ftl Ftx Ft1 lt 0 000001 Then InfiltAcumGA ich Ftl Exit For End If Next i toda a precipita o se infiltra n o se verifica excesso de precipita o InfiltAcumGA ich InfiltAcumGA ich 1 ChuvaDist icel ich End If Next ich calcula o excesso de precipita o acumulado For ich 1 To nChuva If pondi ich True Then ExChuvaAcumGA ich ChuvaAcumGA ich InfiltAcumGA ich ExChuvaAcumGA ich 0 End If Next ich c lculo do excesso de precipita o For ich 2 To nChuva End If Next iy Next ix End Sub ExChuvaGA icel ich End If Next ich If pondi ich True Then ExChuvaGA icel ich ExChuvaAcumGA ich ExChuvaAcumGA ich 1 I o Public Sub CalculaExcessoChuvaGA c lculo do excesso de precipit o recorrendo
145. e CUsoSolo As Integer classes de uso do solo combina o de classe de solo com uso do solo classe de infiltra o Private ncInfilt As Integer numero de classes de infiltra o Private InfS As Integer csolo da classe de infilt i Private InfUS As Integer Private CInfilt As Integer classe de infiltra o cusosolo da classe de infilt i propriedades das classes de infiltra o para GreenAmpt Private ncInfiltGA As Integer dever ser a ncInfilt Private Nsolo As Single porosidade Private NEsolo As Single porosidade efectiva Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Format no2 ic 00 nm F Anexo B C digo fonte do programa MDBH Private PSIsolo As Single altura de suc o Private Ksolo As Single conductividade hidraulica Private SEsolo As Single satura o efectiva inicial do solo propriedades das classes de infiltra o para o m todo da curva numero do soil conservation service Private ncInfiltSCS As Integer dever ser a ncInfilt Private amc As Integer antecedent moisture contition 1 2 3 Private SoloGrupo As Integer grupo de solo ABCD 1 2 3 4 Private cn As Single curva numero dados relativos chuva Private nEstac As Integer numero de esta es Public dtChuva As Single intervalo de tempo entre registos s Private NomeEstac As String nome das esta es Private xEstac As Single coordenada x da esta o Priv
146. e processo baseia se na resolu o das equa es de Saint Venant cuja dedu o apresentada no cap tulo IV As equa es de Saint Venant s o a equa o de conserva o da massa OO a 1 3 1 ox ot e a equa o de conserva o da quantidade de movimento 1 do 109 0 dy O Hg gAS S 0 II 3 2 a e E N pte em que as vari veis assumem o seguinte significado A area da sec o transversal do escoamento q caudal de percurso caudal t tempo x dist ncia segundo a direc o do escoamento y altura da l mina de gua g acelera o da gravidade So declive do perfil longitudinal Sp declive da linha de energia Estas equa es n o t m resolu o anal tica e a sua resolu o num rica constitui o modelo de onda din mica Desprezando o primeiro termo da equa o da conserva o da quantidade de movimento temos o modelo de in rcia nula Desprezando os dois primeiros termos da equa o da conserva o da quantidade de movimento temos o modelo de onda cinem tica ao qual dedicado o cap tulo V deste trabalho Para a resolu o num rica das equa es de Saint Venant existe uma variedade de m todos num ricos a que podemos recorrer Estes m todos dividem se em m todos expl citos e m todos impl citos Nos m todos impl citos escreve se um sistema de equa es alg bricas aplicando as equa es de Saint Venant simultaneamente a todas as inc gnitas para todos os instantes considerados
147. ea da bacia hidrogr fica o que pouco prov vel Todavia como os estudos da rela o intensidade dura o frequ ncia se baseiam em s ries de dados recolhidos num nico ponto pouco se sabe sobre a distribui o espacial de chuvas de grande intensidade Neste estudo divide se a bacia hidrogr fica em tr s partes como representado na Figura VIII 1 3 6 Divis o da bacia hidrogr fica em tr s zonas de precipita o Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 127 Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Nos gr ficos seguintes a designa o Z2 ou Z3 na legenda significa que s ocorreu precipita o na zona 2 ou na zona 3 respectivamente A intensidade de precipita o dada pelas curvas IDF de S o Br s de Alportel para os respectivos tempos de retorno Hidrogramas de cheia c lula 6230 om Z3 TR 1000 23 TR 500 23 TR 100 73 TR 50 Z2 TR 1000 Z2 TR 500 Z2 TR 100 _ 22 TR 50 T T 3 E oO Tempo horas Figura VIII 1 3 7 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos precipita o por zona c lula 6230 Hidrogramas de cheia c lula 3820 Z2 TR 1000 E Z2 TR 500 Z2 TR 100 Caudal m s Tempo horas Figura VIII 1 3 8 Hidrogramas de cheia para periodos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos precipita o por zona c lula 3820 1
148. ecipita o efectiva P ser dada pela diferen a entre a precipita o e a infiltra o ou seja P P F 111 2 1 18 111 2 1 1 Exemplo de utiliza o da equa o de Green Ampt Em seguida representam se para um hietograma t pico figura II 2 1 2 as curvas de intensidade de precipita o infiltra o potencial e infiltra o real figura 1 2 1 5 e precipita o acumulada e infiltra o acumulada figura 1 2 1 6 para um solo limo arenoso sl com satura o efectiva inicial de 40 e utilizando os valores do quadro 1 2 1 1 para quantificar os par metros do solo necess rios utiliza o da equa o de Green Ampt Adaptado de Novotny 1995 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 37 Cap tulo III Caudais de percurso E E s gt 5 o Tempo s Figura III 2 1 1 1 Precipita o Precipita o efectiva por Green Ampt Chuva mm hora Inf potencial mm hora i Inf real mm hora mm hora 2 a D S oO oO Tempo s Figura 11 2 1 1 2 Taxa de precipita o taxa de infiltra o potencial taxa de infiltra o real Chuva acum mm m Inf acum mm Tempo s Figura 1 2 1 6 Precipita o acumulada infiltra o acumulada 38 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II Caudais de percurso 111 2 1 1 3 M todo da Curva Numero do Soil Conservation Service O Soil
149. eiro de texto com as cotas de todas as c lulas Basicamente uma matriz com NY linhas por NX colunas O separados de campo a virgula Nas c lulas que ficam fora da bacia hidrogr fica atribu do o c digo 1 em vez da respectiva cota Zi Ziz Z nx Zai Zaz Z3 nx Zw Zw Z NYNX A 1 3 Ficheiro QINI DAT O ficheiro QINI DAT cont m os caudais que se encontram a circular na bacia hidrogr fica no instante em que se inicia a simula o um ficheiro de texto com NY linhas e cada linha com NX valores separados por virgulas Nas c lulas que ficam fora da bacia hidrogr fica atribu do o c digo 1 em vez do respectivo valor Este ficheiro n o obrigat rio se n o for aberto todos os caudais no instante inicial s o considerados nulos O ficheiro possui a seguinte estrutura A 6 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo A Descri o do programa MDBH Q 0 Pra Q nx Q 0 Ee O nx Owra Ow Ep Or xx A 1 4 Ficheiro KMANNING DAT O ficheiro KMANNING DAT cont m os coeficientes de rugosidade de Manning Strickler para todas as c lulas um ficheiro de texto com NY linhas e cada linha com NX valores separados por virgulas Nas c lulas que ficam fora da bacia hidrogr fica atribu do o c digo 1 em vez do respectivo valor Este ficheiro n o obrigat rio se n o for aberto considerada a distribui o de rugosidades apresentada no cap tulo VI O ficheiro possui a
150. em ic a VI 2 Ordem nc ic nc Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua 75 Cap tulo VI Modelo Quasi 2D em que Dae largura do rasto do ltimo tro o medida no local bic largura do rasto do tro o corrente Ordem ic n mero de ordem do tro o corrente Ordem nc n mero de ordem do ltimo tro o O n mero de ordem de um tro o o maior n mero de tro os que lhe est o a montante mais um Desta forma define se a largura do rasto de todos os tro os como fun o da sua ordem Ou seja os tro os com n meros de ordem inferiores mais pr ximos das cabeceiras ter o largura de rasto pequena Os tro os com n meros de ordem superiores pertencentes ao canal principal ter o largura de rasto maior Os declives das margens esquerda e direita m e mz s o definidos com base no esquema apresentado na figura VI 7 como m tanfo VI3 m tan o VI4 Sempre que pela localiza o do tro o junto ao limite da bacia hidrogr fica a cota de uma c lula adjacente necess ria para a defini o de m n o esteja definida assumida a simetria da sec o transversal ou seja m mz ou mz m consoante aquele que seja poss vel determinar Sempre que m lt 0 ou m SO a sec o transversal do tro o considerada rectangular A estrutura de dados da rede hidrogr fica representada na figura VI 4 a apresentada no quadro VI 1 76 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Sol
151. ento A dx IV 2 41 ent o a sua quantidade de movimento pA dVosp O dx IV 2 42 Assim a varia o da quantidade de movimento armazenada no volume de controlo em ordem ao tempo Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 55 Cap tulo IV Equa es de Saint Venant q aa lt lv p dY p IV 2 43 Substituindo as for as actuantes no fluido contido no volume de controlo e os termos da quantidade de movimento na equa o IV 2 2 obt m se pe A Dede p Bv AO i ae ox ox ot IV 2 44 Dividindo toda a equa o por p dx e substituindo V por Q A obt m se a equa o da quantidade de movimento na sua forma conservativa 2 824 ng ETA ss 5 Boa v W B C X X i dt 2 2 45 Admitindo que o caudal de percurso entra no canal numa direc o perpendicular direc o do escoamento v 0 2 2 46 desprezando o efeito do vento Ww 0 2 2 47 e dividindo por A obt m se 100 1 3 0 ay E a Canes g S s 0 2 2 48 Resumindo as equa es de Saint Venant s o duas equa es diferenciais as derivadas parciais uma a equa o da continuidade IV 1 18 e outra a equa o da quantidade de movimento IV 2 48 Os termos da equa o IV 2 48 t m os seguintes significados 56 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo IV Equa es de Saint Venant 1 Q E representa a acelera o local que descreve a A
152. er odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos c lula 6230 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 125 Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Hidrogramas de cheia c lula 3820 R 50 TR 100 TR 500 TR 1000 Q E T e 3 f oO Tempo horas Figura VIII 1 3 3 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos c lula 3820 Hidrogramas de cheia c lula 4060 me as TR 100 TR 500 TR 1000 Caudal ni s 5 6 7 Tempo horas Figura VIII 1 3 4 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos c lula 4060 Hidrogramas de cheia c lula 4608 Caudal nt s 5 6 7 Tempo horas Figura VIII 1 3 5 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos c lula 4608 126 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Hidrogramas de cheia c lula 4939 m V E T 3 3 oO Tempo horas Figura VIII 1 3 6 Hidrogramas de cheia para per odos de retorno de 50 100 500 e 1000 anos c lula 4939 Os hidrogramas de cheia apresentados anteriormente s o determinados com base no pressuposto de a precipita o cuja intensidade dada pelas curvas IDF ser uniformemente distribu da por toda a r
153. er o modelo digital do terreno para a regi o em estudo Observando a morfologia da bacia considerou se que uma malha regular de 200x200 m com c lulas de 4 ha suficiente para ter uma adequada aproxima o da variabilidade espacial da topografia dos solos e dos seus USOS O modelo digital do terreno que se encontra dispon vel no site da Direc o Regional do Ambiente n o permite a resolu o compat vel com o objectivo deste trabalho Assim o modelo digital do relevo utilizado foi obtido com base nas Cartas Militares de Portugal n 598 e 599 escala 1 25 000 Com a resolu o de 200x200 m s o necess rios 25 pontos por km Para os 132 km foram retirados 3300 pontos localizados nos centros de gravidade da c lulas O modelo digital do terreno definido por uma matriz com 55 linhas e 120 colunas em que os pontos que n o pertencem bacia hidrogr fica cont m o c digo 1 em vez do valor da cota do respectivo ponto Esta matriz pode ser convertida numa imagem cuja representa o se faz na figura VIL 1 Aplicando o m todo descrito no cap tulo VI para gera a rede em que em cada c lula tem origem uma linha de gua e a direc o desta a do maior declive obt m se a rede hidrogr fica representada na figura VII 1 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 11 Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel ICE NINA ptt tet tt PP TT 1 pte tet ET TT Teepe a
154. eraHidrograma CANCEL frmPrincipal dlgCaixaDeDialogo filename frmPrincipal dlgCaixaDeDialogo Flags frmPrincipal dlgCaixaDeDialogo ShowSave Open frmPrincipal dlgCaixaDeDialogo filename For Output As 1 Print 1 C lula Ws Print 1 Canal We Print 1 L m Me Print 1 b m Ns Print 1 sO m m Ws Print 1 ml m Whe Print 1 m2 m Wee Print 1 Krug m 33 s For j 1 To Nt Print fl pa Der tp Next 5 Close 1 Exit Sub lbGeraHidrograma CANCEL End Sub Public Sub LeModeloDigitalDoTerreno Dim iy As Integer Dim ix As Integer modelo digital do terreno Open fileMDT For Input As 1 CelHidrograma canal hidrograma Str CelHidrograma txt amp H2 amp sL canal sB canal sS0 canal sM1 canal sM2 canal Ks canal Q2 ic ReDim DEM Nx Ny As Single For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx Input 1 DEM ix Next ix Next iy Close 1 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua iy j 7 me F H2 ic j B 15 Anexo B C digo fonte do programa MDBH End Sub Public Sub LeQIni Dim ix As Integer Dim iy As Integer Dim icel As Integer caudais a circularem no instante inicial E Open fileQini For Input As 1 i ReDim Qini Nx Ny For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx Input 1 Qini NNo ix iy Next ix Next iy Close 1 partindo do principio que s o quase nulos caudais a circularem no instante ini
155. es 4 ao assa nada Gpes nt eden Bane 16 Figura IL2 7 1 Hidrograma unit rio sint tico de Snyder s eee eeseeeeeeeseecsseeeeeeeseeeenees 20 Figura II 2 8 1 Hidrograma unit rio sint tico adimensional do SCS eee eeseeeeeeeeeeeeeees 20 Figura 1 2 9 1 Hidrograma unit rio sint tico triangular do SCS 0 eee eee esseceseeeeeeeeaees 21 Figura 1 3 1 1 Discretiza o do continuo espa o teMpO seeeeececeeeeeeseeeeceeeeeeeeeeeenaeees 23 Figura 2 5 1 Modelos digitais do relevo a Malha regular de c lulas b malha triangular irregular C isolinhas de altitude ccccessessccccceceesessnseceeeceeecsessnseceeeseesesenenteaeees 27 Figura 1 5 2 Estrutura o funcional do programa HEC HMS 1 00 eeeeseesseceseeeeeeeenees 28 Figura 1 1 1 Dist ncias as esta es MeteOrolOgicas ee ceeeeeceeneceeeeceeeeecseeeecseeeeeneees 29 Figura II 2 1 Avan o de uma frente de humedecimento 31 Figura 1 2 1 1 Avan o de uma frente de humedecimento no modelo de Green Ampt sissaaca gras asda as sopa las ea ias pala 31 Figura II 2 1 2 Infiltra o numa coluna de solo ssssseeeeeeseesesseessesesesesseseresresseseresresseseres 33 Figura II 2 1 3 baco triangular para classifica o textural SCS eeeemees 36 Figura 11 2 1 1 1 Precipita o Precipita o efectiva por Green Ampt 37 Figura 11 2 1 1 2 Taxa de precipita o taxa de infiltra o
156. escoamento superficial mais divulgado no mundo Figura II 5 2 Estrutura o funcional do programa HEC HMS Hydrologic Engineering Center Hydrologic Modeling System Army Corps of Engineers USA 28 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 29 Cap tulo II Caudais de percurso lll Caudais de percurso O c lculo dos caudais de percurso determinado com base no excesso de precipita o numa vis o do escoamento superficial como a descrita por Horton 1933 Assim para cada c lula e para cada instante determinada a precipita o total e a parcela desta que contribui para o escoamento superficial denominada precipita o efectiva Para o c lculo desta parcela foram empregues dois m todos a equa o de Green Ampt e o m todo da Curva N mero do Soil Conservation Service Ill 1 Precipita o As simula es efectuadas referem se a um determinado per odo de tempo do qual se disp e da precipita o hor ria medida em ud grafos colocados na vizinhan a da bacia hidrogr fica bem como do limnigrama e respectiva curva de vaz o de uma sec o de controlo A precipita o em cada c lula calculada a partir dos udogramas obtidos nas esta es meteorol gicas O valor da precipita o numa c lula dado pela m dia ponderada pelo inverso das dist ncias s respectivas
157. este trabalho Ao Instituto da Agua INAG em especial Eng Cl udia Brand o pela disponibiliza o dos dados de campo necess rios aferi o deste trabalho Direc o Regional do Ambiente do Algarve DRAA em especial ao Sr Cl udio pela sua prontid o em me disponibilizar os dados da esta o meteorol gica de S o Br s de Alportel Aos meus pais pelo incentivo e apoio incondicional que sempre demonstraram Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua i Agradecimentos ii Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Resumo Resumo O presente trabalho visa fundamentalmente apresentar uma contribui o para o estudo de cheias em bacias hidrogr ficas O estudo e compreens o dos fen menos que provocam uma cheia fundamental para a seguran a das popula es e dos bens que se encontram em zonas ciclicamente inund veis Estes locais s o preferenciais para a fixa o de popula o tanto pela via de comunica o fluvial como pela fertilidade dos solos aluvionares O aspecto mais relevante deste trabalho consiste em apresentar um modelo de precipita o escoamento superficial que toma em considera o o fen meno distribu do em toda a rea da bacia sendo a metodologia v lida para todos os pontos da bacia encosta ou linha de gua conseguindo prever quais as modifica es induzidas na rela o precipita o escoamento superficial devido a modifica
158. estrado T ese RibAlportel chuyva unitaria 4 horas OK crd iof x Arquivo Dados Calculo Resultados Visualiza Exporta Figura A 1 Janela principal do programa As propriedades das c lulas que constituem o modelo digital do terreno bem como as propriedades dos tro os da rede hidrogr fica podem ser visualizados mediante as janelas apresentadas na figura A 1 bastando para isto passar com o ponteiro do rato sobre a c lula ou o tro o pretendidos Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Al Anexo A Descri o do programa MDBH amp Propriedades das c lulas Ea C lula 5301 x 4173 33 Ne 8928 24 ps am Propriedades da rede Ioj xi pira a oo Toco nt 255 asse de solo C lula de montante Classe de uso do solo 08 5627 Classe de infiltra o 41 C lula de jusante 5746 AMC 3 Ordem 147 Tipo de solo 3 Comprimento 359 21 Curva numero 091 Largura do rasto 01729 Porosidade 0 398 Declive o 0028 Porosidade efectiva 0 330 Altura de suc o na frente de humedecimento 218 5 mm Conductividade hidr ulica 01 5 mm h Satura o efectiva inicial 0 33 a b Figura A 2 Janelas de propriedades a das c lulas b da rede Ap s ter sido executado a c lculo poss vel visualizar os hidrogramas em qualquer local da bacia hidrogr fica bastando para isso um duplo click no bot o esquerdo do rato com o ponteiro sobre a c lula pretendida amp Hidrograma Hietograma C
159. ext kc lb_ExcessoDeTempo If t gt ttot Then AreaCont nol ic True Else AreaCont nol ic False End If Next ic Open c AreaContribuicao scr For Output As 1 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 3 Anexo B C digo fonte do programa MDBH icel 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 X ix Dx iy Dy K i plx X Dx 2 ply Y Dy 2 p2x X Dx 2 p2y Y Dy 2 p3x X Dx 2 p3y Y Dx 2 p4x X Dx 2 p4y Y Dx 2 If DEM ix iy lt gt 1 Then If AreaCont icel True Then cs 5 Else cs 2 End If Else cs 255 End If Print 1 COLOR CStr cs Print 1 SOLID CStr plx CStr p3x CStr p3y CStr p4x CStr p4y Next ix Next iy Close 1 End Sub Public Function CalculaInclinacaoMediaDasVertentes Dim ic As Single Dim slope As Single For ic 1 To Ne slope slope sSO ic Next ic CalculaInclinacaoMediaDasVertentes slope Nc End Function Private Sub CalculaSecT calcula as vari veis que definem a sec o transversal ml m2 ab Dim Cl As Integer Dim L1 As Integer Dim C2 As Integer Dim L2 As Integer Dim nl As Integer CStr ply we i CStr p2x Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua r uw F CStr p2y me i Anexo B C digo fonte do programa MDBH Dim n2 As Integer
160. figura VII 2 1 Figura VII 2 1 Modelo digital do relevo da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Os principais par metros descritivos da geomorfologia da bacia s o apresentados no quadro VII 2 1 90 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Par metro valor unidade Comprimento m ximo da bacia Coeficiente de compacidade Factor de forma Rectangulo equivalente L l Densidade de drenagem Inclina o m dia das vertentes Altitude m xima Altitude minima Altitude m dia Indice de pendente Quadro VII 2 1 Par metros descritivos da geomorfologia da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel A curva hipsom trica da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel calculada com base no modelo digital do relevo apresentada na figura VIL2 2 Curva hipsom trica 10 00 20 00 30 00 40 00 50 00 60 00 70 00 80 00 90 00 100 00 Percentagem de area Figura VII 2 2 Curva hipsom trica da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel VII 2 15 Coeficientes de rugosidade de Manning Strickler Conforme o exposto no capitulo VI a rugosidade do leito de um tro o fun o do n mero de ordem do respectivo tro o e de uma rugosidade m xima para os tro os de ordem um com origem nas cabeceiras a que corresponde um coeficiente de rugosidade K m nimo e Universidade de vora Mestrado em Engenharia
161. icel ich End If InfiltMaxGA ich InfiltAcumGA ich InfiltAcumGA ich 1 dtCh Next ich c lculo do excesso de precipita o For ich 1 To nChuva If Pond ich True Then ExChuvaGA icel ich ChuvaIntGA ich InfiltMaxGA ich dtCh If ExChuvaGA icel ich lt 0 Then ExChuvaGA icel ich 0 End If Else ExChuvaGA icel ich 0 End If Next ich End If Next ix Next iy End Sub Public Sub CalculaExcessoChuvascs o resultado dado em mm hora Dim icel As Integer Dim ix As Integer Dim iy As Integer Dim ich As Integer Dim P As Single Dim CNi As Single Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 43 Anexo B C digo fonte do programa MDBH Dim PSCS As Single Dim PeSCS As Single ReDim ExChuvaSCs Nx Ny nChuva As Single ete tee ee ee ee ee ee ee RH gera uma chuva unit ria de 1 cm icel 0 For iy 1 To Ny X For ix 1 To Nx j icel icel 1 If CInfilt icel lt gt 1 Then E For ich 1 To nChuva ExChuvasSCs icel ich ChuvaDist icel ich Next ich i End If s Next ix i Next iy j Exit Sub CARR AAA A icel 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 ReDim PSCS nChuva As Single ReDim PeSCS nChuva As Single calcula a chuva acumulada para a c lula corrente E If ix gt 50 And iy lt 30 Then r If ix lt 50 Then PSCS 1 ChuvaDist icel 1 For ich 2 To nChuva PSCS ich PSCS ich 1 Chuva
162. ima de infiltra o Dim InfiltAcumGA As Single infiltra o acumulada Dim Pond As Boolean verdadeiro se ocorrer excesso de precipita o Dim pondi As Boolean identifica os intervalos em que se verifica excesso de precipi Dim ExChuvaAcumGA As Single excesso de chuva acumulado Dim Ftl As Single vari veis para o c lculo por substitui es Dim Ftx As Single sucessivas da eq de Green Ampt Dim Ft As Single Dim i As Integer contagem das iterac es para a resolu o Dim dTeta As Single varia o do teor de humidade volum trico da eq de Green Ampt Dim icel As Integer contagem das c lulas Dim ix As Integer contagem de coluna Dim iy As Integer contagem de linha Dim ich As Single contagem do intervalo de tempo classe de solo Dim cs As Integer identifica o da classe de solo a que a c lula corrente pertence intervalo de tempo Dim dtCh As Single incremento de tempo ReDim ChuvaGA Nx Ny nChuva As Single ReDim ChuvaAcumGA nChuva As Single chuva acumulada ReDim ChuvaIntGA nChuva As Single intensidade de precipita o ReDim InfiltMaxGA nChuva As Single infiltra o m xima ReDim InfiltAcumGA nChuva As Single infiltra o acumulada ReDim Pond nChuva As Boolean ReDim pondi nChuva As Boolean ReDim ExChuvaAcumGA nChuva As Single ReDim ExChuvaGA Nx Ny nChuva Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 39 Anexo B C digo fonte do programa
163. inear e posteriormente s o calculados pelo m todo n o linear Os resultados obtidos na primeira fase servem de estimativa inicial para a primeira itera o do m todo n o linear 88 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel VIL 1 Localiza o A bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel situa se no Sotavento Algarvio a Norte de Tavira A Ribeira de Alportel nasce pr ximo de S o Br s de Alportel e desagua no Rio da S qua A partir da sec o em que se faz sentir a influ ncia das mar s este Rio passa a designar se por Rio Gil o O Rio Gil o passa pela cidade de Tavira e desagua em Quatro Aguas na Ria Formosa Bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel VII 1 1 Localiza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel em Portugal Continental Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 89 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Vila Real de Santo Ant nio S Br s de Alportel BM Esta o hidrom trica A Esta o udogr fica VII 1 2 Localiza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel no Sotavento Algarvio VII 2 Geomorfologia da bacia A topografia da bacia representada pelo seu modelo digital do relevo representado na
164. inha de gua Fotografia VII 9 4 Aspecto do uso do solo Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 107 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Fotografia VII 9 5 Leito da Ribeira de Alportel Fotografia VII 9 6 Leito na sec o de controlo 108 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Fotografia VII 9 7 Esta o hidrom trica de Bodega Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 109 Cap tulo VII Caracteriza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel 10 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Vill Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Como caso pr tico de aplica o do modelo desenvolvido escolheu se como foi referido a bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel Visto ser uma bacia de m dia dimens o com 132 km de rea instrumentada pela esta o hidrom trica de Bodega e com a esta o udom trica de S o Br s de Alportel localizada na sua cabeceira Esta ribeira conhecida pelas suas cheias violentas que causam inunda es c clicas na cidade de Tavira O primeiro passo na aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel foi obt
165. ix gt 1 And iy lt Ny Then If DEM ix 1 iy 1 lt gt 1 Then dNW DEM ix 1 iy 1 DEM ix End If End If If ix gt 1 And iy gt 1 Then If DEM ix 1 iy 1 lt gt 1 Then dsW DEM ix 1 iy 1 DEM ix End If End If determina qual o maior declive If dE gt d Then d dE nd 1 End If If dW gt d Then d dw nd 2 End If If dN gt d Then d dn nd 3 End If If dS gt d Then d ds nd 4 End If If dNE gt d Then d dNE nd 5 End If If dSE gt d Then d dSE nd 6 End If If dNW gt d Then d dNw nd 7 End If If dSW gt d Then d dsw nd 8 End If Dx Dx Dx iy iy iy iy Dx Dx Dx Dx Sqr 2 Sqr 2 Sqr 2 Sqr 2 5 B 26 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo B C digo fonte do programa MDBH If nd 1 Then ix ix End If If nd 2 Then ix ix End If If nd 3 Then iy iy End If If nd 4 Then iy iy End If If nd 5 Then ix ix iy iy End If If nd 6 Then ix ix iy iy End If If nd 7 Then ix ix iy iy End If If nd 8 Then ix ix iy iy End If End Sub Public Sub GeraRede Dim iy As Integer Dim ix As Integer Dim ixl As Integer Dim iyl As Integer Dim ix2 As Integer Dim iy2 As Integer Dim ord As Integer Dim nl As Integer Dim n
166. l problema que ocorre com o modelo digital do relevo em quadr cula que se as cotas de cada c lula corresponderem exactamente ao ponto que representa o centro de gravidade da bacia Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 131 Cap tulo IX Conclus es a rede gerada tem po os ou seja c lulas que n o t m sa da por representarem erroneamente uma depress o no relevo Para evitar tal situa o a cota de cada c lula dever ser a cota da linha de gua mais pr xima do centro de gravidade da respectiva c lula outro problema que se verificou foi a defini o das sec es transversais das linhas de gua uma vez que a informa o contida no modelo digital do relevo n o suficiente para a sua defini o Por observa o da morfologia da regi o chegou se conclus o que a melhor forma de descrever as sec es transversais das linhas de gua considerar uma geometria trapezoidal assim trica Em que a largura da base fun o da ordem do respectivo tro o e a inclina o das margens fun o das cotas das c lulas vizinhas Tal considera o poder ter algumas discrep ncias localizadas com a morfologia in situ mas considerando a globalidade da bacia e a influ ncia na rela o precipita o escoamento superficial tal considera o relevou se ser bastante coerente uma vez que os valores das rugosidades considerados s o coerentes com a bibliografia Chow 1959 Silva 1996 para defini
167. las com a mesma dimens o destas e cujas cores s o atribu das pelas classes de uso do solo Este ficheiro reconhecido pelo programa de desenho AutoCAD da Autodesk Classes de infiltra o gt ACAD cria um ficheiro script com superf cies planas quadradas adjacentes dispostas como na distribui o espacial das c lulas com a mesma dimens o destas e cujas cores s o atribu das pelas classes de infiltra o Este ficheiro reconhecido pelo programa de desenho AutoCAD da Autodesk Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua A 17 Anexo B C digo fonte do programa MDBH B C digo Fonte do Programa MDBH A estrutura do programa assenta em dois m dulos o m dulo Escoamento cont m e trata os dados relativos ao modelo digital do terreno assim como as rotinas que geram a rede e implementam a resolu o num rica da equa o da onda onda cinem tica O m dulo Infiltra o lida com os dados das classes taxon micas do solo das classes de uso do solo e das classes de infiltra o bem como da precipita o Cont m as rotinas para o c lculo da distribui o espacial da precipita o calculo da precipita o efectiva e dos caudais de percurso que alimentam a rede A 1 M dulo Escoamento Attribute VB Name mdlEscoamento Option Base 1 Option Explicit Dim comentario As String Dados do modelo digital do terreno Public x0 As Single Public y0 As Single Public Nx As Integer numero
168. lho Estas equa es est o estabelecidas para a regi o e s o referidas no cap tulo III I 5 Defini o das propriedades do terreno Um dos factores mais importantes para o correcto desempenho de um modelo hidr ulico distribu do de escoamento superficial a adequada defini o da geomorfologia do dom nio espacial no qual ele empregue Isto conduz nos a que os dados espacialmente distribu dos portanto geo refer nciados sejam organizados num modelo digital do terreno MDT Quando se considera s a topografia e se abstrai toda a restante informa o geo refer nciada tem se um modelo digital do relevo MDR mais conhecido por DEM do Ingl s Digital Elevation Model Os dados num ricos que integram um DEM podem ser do tipo vectorial ou do tipo raster Nos DEM vectoriais a cada ponto correspondem tr s valores Dois s o as coordenadas de posi o e o terceiro a respectiva cota Nos DEM raster os pontos cotados disp em se regularmente formando os centros de gravidade de c lulas quadradas dispostas numa malha regular Os DEM vectoriais podem ser constitu dos por tri ngulos irregulares cont guos n o sobrepostos com os v rtices apoiados nos pontos cotados o que se designa por TIN do ingl s Triangular Irregular Network Tamb m podem ser constitu dos por curvas de n vel cada uma caracterizado pela sua cota e pelas coordenadas geogr ficas de pontos regular ou irregularmente espa ados situados ao longo da mesma
169. liza o dos ficheiros Private fileMDT As String modelo digital do terreno Private fileQini As String caudais iniciais Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Bl Anexo B C digo fonte do programa MDBH Private fileKManning As String coef de rugosidade Private fileResEsc As String resultados strings com a localiza o dos ficheiros de dados Public fileClassesDeSolo As String classes de solo Public fileClassesDeUsoDoSolo As String Public fileClassesDeInfilt As String Public filePropSolosGA As String propriedades das classes de solo Public filePropSolosSCS As String classes de infiltra o combina o das 2 anteriores Public fileChuva As String dados referentas chuva e esta es meteorologicas Public fileResChuva As String dados referentes infiltra o Public Sub CalculaArea CMax CMin dcota As Single file As String Dim iy As Integer Dim ix As Integer Dim Area As Single Dim cmin As Single Dim cmax As Single Open file For Output As 1 Print 1 cmax Mago cmin Mas area j For cmin 0 To 2500 Step dcota cmax cmin dcota Area 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx If DEM ix iy lt cmax And DEM ix iy gt cmin And DEM ix iy lt gt 1 Then Area Area Dx Dy End If Next ix Next iy If area 0 Then Exit For Print 1 Format cmax 000 000 Format cmin 000 000 000 000 B 2 Next cmin Close 1 End Sub Public Functio
170. lo Open c areas txt For Output As 1 Print 1 AREAS DAS CLASSES DE SOLO Print 1 CSOLO AREA m2 For isolo 1 To ncSolos icel 0 Area 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 If CSolos icel isolo Then Area Area Dx Dy End If Next ix Next iy Print 1 isolo Format Area 00000000 Next isolo Print 1 AREAS DAS CLASSES DE USO DO SOLO Print 1 CSOLO AREA m2 For isolo 1 To ncUsoSolo icel 0 Area 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 If CUsoSolo icel isolo Then Area Area Dx Dy End If Next ix Next iy Print 1 isolo Format Area 00000000 Next isolo Print 1 AREAS DAS CLASSES DE INFILTRA O Print 1 CINFILT AREA m2 For isolo 1 To ncInfilt icel 0 Area 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 If CInfilt icel isolo Then Area Area Dx Dy End If Next ix Next iy Print 1 isolo Format Area 00000000 Next isolo Close 1 End Sub Public Function ChuvaDistribuida cel As Integer itChuva As Integer As Single If itChuva lt nChuva Then ChuvaDistribuida ChuvaDist cel itChuva Else ChuvaDistribuida 0 B 32 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH End If End Function Public Function ChuvaDistribuidaEfectivaGA cel As Integer itChuva As Integer As Single If itChuva lt nChuva Then ChuvaDistribuidaEfectiv
171. los efectuados observou se uma excelente aproxima o no c lculo do volume de precipita o efectiva utilizando os valores de CN indicados na bibliografia Contudo a equa o de Green Ampt revelou se mais eficiente quando se compara a distribui o da precipita o efectiva ao longo do tempo de c lculo IX 1 Restri es AS principais restri es aplica o do modelo s o as seguintes o modelo n o considera as perdas por evapotranspira o o que o torna v lido s para simula es com a dura o de alguns dias Contudo no caso de cheias tal limita o n o significativa n o considerado o escoamento base nem o escoamento interm dio Devido s caracter sticas da bacia em estudo na qual o escoamento da ribeira intermitente este n o assume um papel preponderante e no estudo em pocas de cheia os valores do caudal devido ao escoamento base n o s o significativos quando comparado com os caudais de ponta um modelo distribu do de uma bacia hidrogr fica necessita de uma quantidade significativa de dados referentes topografia do terreno das propriedades dos solos dos Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 133 Cap tulo IX Conclus es usos do solo bem como das propriedades das classes de infiltra o Nem sempre esta informa o est dispon vel fazendo com que na maior parte dos casos seja pouco pr tico a utiliza o de modelos desta natureza o caudal de
172. m hora de precipita o efectiva verifica se que o caudal tende a estabilizar em menos tempo para valores mais altos de precipita o efectiva Isto justific vel pela teoria da Onda Cinem tica visto que a celeridade desta maior para caudais maiores Contudo como pode ser observado esta varia o n o significativa Para caudais m ximos entre 732 e 73 m s a varia o obtida do tempo de concentra o de aproximadamente uma hora Pode se considerar que esta varia o n o significativa o que torna v lido o pressuposto da teoria do hidrograma unit rio em que o tempo de concentra o independente da precipita o ou das 116 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo VIII Aplica o do modelo bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel condi es do solo como por exemplo o teor em gua no solo imediatamente antes de come ar a chover sendo portanto uma caracter stica intr nseca da bacia Hidrograma Pe 2 mm hora Pe 5 mm hora Pe 10 mm hora Pe 20 mm hora poder o q e 3 O Tempo horas Figura VIII 1 2 1 Hidrogramas na sec o de controlo Pe 2 5 10 e 20 mm hora Vill 2 Cen rio 2 Escoamento de 9 a 14 de Dezembro de 1995 O objectivo deste cen rio simular os caudais observados na sec o hidrom trica de Bodega entre as 10 00 horas do dia 9 de Dezembro de 1995 e as 24 00 horas do dia 14 de Dezembro de 199
173. ma linha de gua com origem definida pelo utilizador e num determinado instante Hietograma Hidrograma permite visualizar graficamente os hietogramas de precipita o total e de precipita o efectiva que se verificam numa determinada c lula bem como o hidrograma dos caudais que passam pela respectiva c lula Este comando por um duplo click no bot o esquerdo do rato com o ponteiro posicionado sobre a c lula pretendida reas de contribui o gera um ficheiro script com a extens o scr com a imagem da bacia hidrogr fica indicando por cores quais as c lulas que est o a contribuir para o escoamento na sec o de controlo num determinado instante definido pelo utilizador Este ficheiro reconhecido pelo programa de desenho AutoCAD da Autodesk Res Esc Cel n grava num ficheiro os caudais celeridades alturas hidrom tricas precipita o e precipita o efectiva numa determinada c lula em todos os instantes Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua A I5 Anexo A Descri o do programa MDBH Visualiza Rede hidrogr fica actualiza no monitor a representa o gr fica da rede hidrogr fica Propriedades das c lulas abre a janela que permite visualizar as propriedades das c lulas Propriedades da rede abre a janela que permite visualizar as propriedades dos tro os da rede hidrogr fica Zoom amplia a representa o gr fica da bacia hidrogr fica no monitor Zoom diminui a rep
174. movimento obt m se o modelo de ONDA DIN MICA Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 57 Cap tulo IV Equa es de Saint Venant Se se desprezar os termos inerciais da equa o de quantidade de movimento obt m se o modelo de INERCIA NULA N o considerando os termos inerciais nem os termos da diferen a de press o na equa o da quantidade de movimento obt m se o modelo de ONDA CINEMATICA Este modelo aplic vel quando a l mina de gua tem espessura reduzida as for as mais importantes aplicadas ao fluido s o a gravidade e o atrito e a velocidade do escoamento n o varia consideravelmente sendo a acelera o reduzida 58 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo V Onda cinem tica V Modelo de onda cinem tica V 1 Equa es do modelo de onda cinem tica Como se demonstrou no cap tulo IV as equa es que descrevem o modelo de Onda Cinem tica s o a equa o da continuidade oQ OA V 1 1 ax a e a equa o da conserva o da quantidade de movimento S S V 1 2 A equa o da conserva o da quantidade de movimento pode ser escrita na seguinte forma A 0 Q V 1 3 sendo A rea da sec o transversal do escoamento B par metros da equa o da onda cinem tica Com base na equa o de Manning Strickler podem se retirar as seguintes rela es U K R4 8 4 V 1 4 ad ann a5 sf V 1 5 0 K Abs h pk
175. n CalculaAreaDaBacia As Single Dim iy As Integer Dim ix As Integer Dim Area As Single For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx If DEM ix iy lt gt 1 Then Area Area Dx Dy End If Next ix Next iy CalculaAreaDaBacia Area End Function Public Sub CalculaAreasDeContribuicao t As Single calcula as reas da bacia hidrogr fica que contribuem est o a contribuir para o escoamento num dado instante t Dim Dtot As Single Dim xTot As Single Dim ttot As Single Dim ic As Integer Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 7 Format Area Anexo B C digo fonte do programa MDBH Dim iic As Integer Dim kc As Integer Dim j As Integer Dim AreaCont As Boolean ReDim AreaCont Nx Ny As Boolean Dim icel As Integer Dim ix As Integer Dim iy As Integer Dim cs As Integer Dim X As Single Dim Y As Single Dim plx As Single Dim ply As Single Dim p2x As Single Dim p2y As Single Dim p3x As Single Dim p3y As Single Dim p4x As Single Dim p4y As Single Dim icsolo As Integer Dim cck As Single For ic 1 To Ne calculo do tempo que a gua de cada c lula leva a chegar sec o de controlo rs nto Dt iic ic ttot 0 For kc iic To Ne If nol kc no2 iic Then cck cK kc j If cck lt gt 0 Then ttot ttot sL ic cck If ttot gt t Then GoTo lb ExcessoDeTempo Else ttot ttot 9999999 GoTo lb ExcessoDeTempo End If iic kc End If N
176. nas montanhas dos Apalaches O hidrograma unit rio standard de Snyder aquele em que a rela o entre a dura o da chuva e o tempo de retardamento t 5 5 t 2 7 1 em que t tempo de dura o da chuva Neste hidrograma unit rio sint tico o tempo de retardamento ou basin lag dado por t C C LL 1 2 7 2 sendo t tempo de retardamento em horas comprimento do canal principal estir o em km Le dist ncia em km desde a sec o de controlo at ao ponto localizado na linha de gua principal mais pr ximo do centro de gravidade da bacia C constante igual a 0 75 C coeficiente determinado por compara o com os hidrogramas de esta es instrumentadas com as mesmas caracter sticas O caudal de pico 18 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos dp em que dp C2 C C 11 2 7 3 P caudal de pico por unidade de rea da bacia hidrogr fica e por cent metro de precipita o efectiva constante igual a 2 75 coeficiente determinado por compara o com bacias instrumentadas com as mesmas caracter sticas O c lculo de C e C para uma bacia instrumentada efectuado do seguinte modo os valores de L e L s o medidos sobre a carta da bacia com base num hidrograma unit rio da bacia determina se dura o efectiva tr em horas e o tempo de retardamento t r em horas e o caudal de pico por unidade de
177. nfUS ncInfilt As Integer InfS ncInfilt cs InfUS ncInfilt cus CInfilt icel ncInfilt End If Else CInfilt icel 1 End If Next ix Next iy Open fileres For Output As 1 icel 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 Print 1 CInfilt icel Next ix Next iy Close 1 Open fileres Legenda dat For Output As 1 Print 1 Classe Solo UsoDoSolo Print 1 ncInfilt ncInfilt For iCInf 1 To ncInfilt Print 1 iCInf We Ints 1CInt s T InfUS iCInf Next iCInf Close 1 End Sub Public Function ExcessoDeChuvaGA icel As Integer t As Single t em segundos Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 45 Anexo B C digo fonte do programa MDBH Dim it As Integer Dim fr As Single it Int t dtChuva 1 fr Frac t dtChuva If it lt nChuva Then ExcessoDeChuvaGA ExChuvaGA icel it ExChuvaGA icel it 1 ExChuvaGA icel it dtChuva dtChuva fr ExcessoDeChuvaGA ExChuvaGA icel it Else ExcessoDeChuvaGA 0 End If End Function Public Function ExcessoDeChuvaSCS icel As Integer t As Single t em segundos Dim it As Integer r Dim fr As Single it Int t dtChuva 1 t fr Frac t dtChuva If it lt nChuva Then ExcessoDeChuvaSCS ExChuvaSCS icel it ExChuvaSCS icel it 1 ExChuvaSCS icel it dtChuva dtChuva fr ExcessoDeChuvaSCS ExChuvaSCS icel it Else ExcessoDeChuvaSCsS
178. nge Wiley 1999 Cardenas Julio Francisco Oliveira 1996 Spatially Distribuited Modeling of Storm Runoff and non Point Source Pollution Using Geographic Information Sistems Disserta o apresentada Universidade do Texas em Austin Cardoso Ant nio Heleno Hidr ulica Fluvial Funda o Calouste Gulbenkian 1998 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 137 Bibliografia 8 9 10 11 12 13 14 15 Cardoso Jos V J de Carvalho 1965 Os solos de Portugal sua classifica o caracteriza o e g nese Direc o Geral dos Servi os Agr colas Lisboa 1965 Connolly D R Ciesiolka C A A Silburn D M Carrol C 1997 Distribuited parameter model applied to a range of catchment scales using rainfall simulator data Journal of Hydrology 201 1997 pag 311 328 Cornelis B Vreugdenhil 1989 Computational Hydraulics Springer Verlag Cunge J A Holly F M Verwey A 1980 Practical Aspects of Computational River Hydraulics Pitman Advanced Publishing Program Debo Thomas N Reese Andrew J Municipal Storm Water Management Lewis Publisher 1995 Flanagan D C Nearing N A 1995 USDA Water Erosion Prediction Project Hillslope Profile and watershed model documentation USDA ARS National Soil Erosion Research Laboratory 1995 Fletcher C A 1991 Computational Techniques for Fluid
179. nte F resultante da press o hidrost tica actuante na sec o de jusante F resultante da press o hidrost tica segundo a direc o do escoamento nas laterais do volume de controlo De acordo com a figura IV 1 3 um elemento de altura dw a uma altura w medida a partir do fundo do canal e a uma profundidade y w est sujeito a uma press o hidrost tica p s y w IV 2 21 e consequentemente uma for a hidrost tica dada por p s y w b dw IV 2 22 Assim a for a hidrost tica actuante na sec o de montante do volume de controlo dada por Fu p g y w b dw IV 2 23 0 Consequentemente a resultante das press es hidrost ticas actuantes na sec o de jusante do volume de controlo dada por OF Pein A IV 2 24 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua 53 Cap tulo IV Equa es de Saint Venant Aplicando a regra de Leibnitz para a primitiva o de um integral vem OF oy 7 ob pm paras bd g y w d IV 2 25 E Je g w p g y w T w OF TE ab pm ES eee RG IV 2 26 dx Ri aen id de 0 Como a rea da sec o transversal do escoamento dada por A b dw IV 2 27 0 A for a resultante da press o hidrost tica actuante nas laterais do volume de controlo est relacionada com a varia o da largura do canal ob 1V 2 28 ox ao longo do comprimento do volume de controlo dx e dada por f b F joe Sats IV 2 29 0 Substituindo a equa o IV
180. nte o modelo de onda cinem tica regido pela equa o V 3 1 00g pit 02 ag Pe ot O objectivo do m todo num rico determinar o caudal para qualquer instante em q V 3 1 qualquer posi o resolvendo a equa o V 3 1 62 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo V Onda cinem tica Os m todos num ricos para a resolu o de equa es diferenciais s derivadas parciais por diferen as finitas operam numa grelha cujos n s representam pontos discretos no cont nuo espa o tempo j 1 At Jar j 1 At 0 0 i 1 Ax tAx i 1 Ax L x Figura V 3 1 Grelha num rica discretizando o plano espa o tempo Nestes m todos as equa es diferenciais s derivadas parciais s o escritas sob a forma de diferen as finitas e transformadas em operadores num ricos que operam na grelha acima mencionada Uma fun o y x qualquer pode ser escrita com base nas suas derivadas pela s rie de Taylor dy 1 20 1 3 oy Ax Ax Axe Ay V32 ye wx ox 2 ax 6 9x oy 1 2 oy 1 3 oy Ses Ax Aa ee ee ey Soe Vas yen ox 2 ax 6 j ax A diferen a centrada dada por y x Ax y x Ax 2 Ar Zola V 3 4 desprezando os termos de ordem superior o Ax 0 V 3 5 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua 63 Capitulo V Onda cinem tica a diferen a centrada dada por Ox 2 Ax cuja aproxima o de segunda ordem
181. nteger B 48 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH propriedades das classes de infiltra o green ampt Open filePropSolosGA For Input As 1 Input 1 ncInfiltGA numero de classes de solo ReDim Nsolo ncInfiltGA porosidade ReDim NEsolo ncInfiltGA porosidade efectiva ReDim PSIsolo ncInfiltGA altura de suc o ReDim Ksolo ncInfiltGA conductividade hidr ulica ReDim SEsolo ncInfiltGA satura o efectiva For ics 1 To ncInfiltGA para todas as classes de solos Input 1 dummy Input 1 Nsolo ics porosidade Input 1 NEsolo ics porosidade efectiva Input 1 PSIsolo ics altura de suc o Input 1 Ksolo ics conductividade hidraulica Input 1 SEsolo ics satura o efectiva inicial do solo Next ics Close amp 1 End Sub Public Function AlturaDeSuccao icel As Integer As Single AlturaDeSuccao PSIsolo CInfilt icel End Function Public Function SaturacaoEfectiva icel As Integer As Single SaturacaoEfectiva SEsolo CInfilt icel End Function Public Function TipoDeSoloSCS icel As Integer As Integer TipoDeSoloSCS SoloGrupo CInfilt icel End Function Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua B 49
182. o da equa o s o conhecidas Assim pode se igualar o membro direito da equa o a uma vari vel C At AB qi q C O akg 2 V 3 2 11 rea 0 f gt e definir uma fun o f tal que flon oi ar Qf V 3 2 12 jtl i Pretende se determinar o valor do caudal Q que anule a fun o f o Como a fun o n o linear pode se resolver pelo m todo de Newton Raphson O m todo de Newton Raphson aplicado ao caso presente baseia se na seguinte express o j loji a 0377 o V 3 2 13 i i of Qi com A derivada da fun o f em ordem a Q dada por alo _ at At oe plor V 3 2 14 oO AN Ax i l O c lculo de Q repete se at que le e l on E V 3 2 15 OF k 1 HO HO Qk Qk Figura V 3 2 1 Esquema de uma itera o do m todo de Newton Raphson 68 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo V Onda cinem tica V 4 Condi o de estabilidade de Courant A condi o necess ria de estabilidade que limita o passo de c lculo dos m todos expl citos dada pela condi o de Courant Courant et al 1928 em Silva 1996 Apex Ck em que At incrementos de tempo Ax incrementos de espa o na direc o do escoamento Cx celeridade da onda cinem tica A celeridade da onda cinem tica como j se viu anteriormente dada por 1 do dx do 1 C D Sea V 4 1 C B d dt dA apo como A Q E V
183. o e da gua Cap tulo VI Modelo Quasi 2D TRO O NO1 NO2 ORDEM L ID m 1 1 1 1 36 036 36 036 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 4 5 Quadro VI 1 Dados da rede hidrogr fica discretizada Na situa o em que n o poss vel definir as vari veis m e mz esta assume o c digo 1 e para efeitos de c lculo o tro o de canal considerado como tendo geometria rectangular Isto s se verifica em alguns tro os de cabeceira Nos tro os de ordens superiores em que o efeito da geometria do canal tem maior influ ncia no comportamento do escoamento a sua geometria sempre poss vel definir a sec o trapezoidal assim trica VI 1 Factor de sinuosidade adicional Ao tra ar a rede hidrogr fica com base num modelo digital do terreno a rede obtida uma aproxima o da rede real A diferen a entre a rede de c lculo e a rede real aumenta com o aumento da dimens o da c lula utilizada no modelo digital do relevo Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 77 Cap tulo VI Modelo Quasi 2D Figura VI 1 1 Factor de sinuosidade adicional O comprimento total das linhas de gua na rede hidrogr fica real superior ao comprimento total das linhas de gua na rede hidrogr fica de c lculo como pode ser observado na figura VI 1 1 Desta forma pode se definir um factor de correc o que ser calculado por E eat Fa VI 1 1 calculo sen
184. o linear Se X 0 n o existe cunha nesta situa o trata se do modelo de um reservat rio suficientemente largo e fundo para que a superf cie livre seja sempre horizontal mesmo quando existe entrada de gua numa extremidade e sa da na outra Em leitos naturais o valor de X costuma variar entre O e 0 3 sendo normalmente 0 2 de acordo com Chow 1988 O par metro K representa o tempo que a onda leva a percorrer o tro o de canal A fun o de armazenamento pode ser escrita para o instante j Ay resultando 14 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos s K X 1 1 x Q 1 2 3 5 e para o instante j At como Sa K X1 1 X 0 1 2 3 6 a varia o de armazenamento no intervalo Ay Dag Oy K x 1 1 X Q 4 x z 1 x 0 11 2 3 7 esta mesma varia o tamb m pode ser escrita na seguinte forma I 1 Q S S TA Bee 1 2 3 8 2 combinando as equa es II 2 3 7 e II 2 3 8 obt m se Qin C a C I C Q sendo 2 K X pee ae Se 1 2 3 9 2 K 1 X Ar E _ At 2 K X_ 11 2 3 10 2 K 1 X At 2 K X A T OEM 123 11 2 K 1 X At conv m verificar que C C C 1 11 2 3 12 se os hidrogramas de sa da e de entrada forem conhecidos o valor de K pode ser determinado por 11 2 3 13 0 5 Ar r 11 2 4 Reservatorios lineares em s rie O c lculo de um reservat rio linear pode ser efec
185. o manual do utilizador do programa desenvolvido no mbito deste estudo e o anexo B inclui o c digo fonte do programa Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 3 Capitulo I Introdu o Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos Il S ntese de conhecimentos O ciclo hidrol gico envolve fen menos complexos cuja modela o matem tica exacta se torna imposs vel devido pr pria natureza dos fen menos e dificuldade na aquisi o de dados Na impossibilidade de modelar o ciclo hidrol gico de forma exacta este pode ser representado de forma aproximada por um sistema conceptual Este sistema constitu do por subsistemas como a gua atmosf rica a gua superficial e a gua subterr nea Cada um destes subsistemas possui v rios processos Assim o subsistema que representa a gua atmosf rica possui a precipita o evapora o intercep o e transpira o O subsistema da gua superficial contem os processos de intercep o e escoamento superficial Por ltimo o subsistema constitu do pelas guas subterr neas possui os processos de infiltra o recarga de aqu feros escoamentos sub superficial e subterr neo Na grande maioria dos problemas pr ticos n o necess rio modelar o ciclo hidrol gico na sua totalidade mas apenas uma frac o deste Deste modo podemos definir um sistema hidrol gico como uma estrutura o
186. ora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 7 Cap tulo II S ntese de conhecimentos deu um avan o na teoria do hidrograma unit rio e prop s um hidrograma unit rio ao qual s o aplicadas duas transforma es Uma transla o e uma passagem por um reservat rio linear A primeira traduz o tempo de viagem da onda de cheia e a segunda traduz a sua atenua o Este modelo agregado e baseia se s mente em rela es de tempo caudal do hidrograma unit rio Em 1957 Nash prop s uma equa o para o hidrograma unit rio que uma fun o gama e traduz a resposta de uma cascata de n reservat rios lineares id nticos a um impulso Este modelo proposto por Nash n o modela a bacia hidrogr fica mas sim um processo com o mesmo comportamento Mais recentemente v rios autores t m desenvolvido modelos que t m em considera o a variabilidade espacial da bacia hidrogr fica Em 1976 Pilgrim levou a cabo um estudo experimental numa pequena bacia hidrogr fica em que mediu os caudais em v rias sec es e mediu tamb m o tempo que b ias colocadas na linha de gua levavam a chegar sec o final Neste trabalho chegou conclus o que para caudais m dios e altos o tempo de viagem praticamente constante Este autor deu um contributo significativo para o estudo da linearidade e da n o linearidade da modela o hidrologica do processo do escoamento superficial Em 1979 Rodriguez Iturbe e Valdes deram um contributo para o estudo da
187. os 57 70 82 68 79 89 49 69 84 39 61 80 pobre segundo as curvas de n vel 47 67 88 normal segundo as curvas de n vel 25 59 83 boa segundo as curvas de n vel 6 35 79 Prado permanente normal 30 58 78 Zonas sociais rurais normal 59 74 86 Estradas pavimento permeavel 72 82 87 89 pavimento impermeavel 74 84 90 92 Florestas muito abertas ou de baixa transpira o 56 75 86 91 abertas ou de baixa transpira o 46 68 78 84 normal 36 60 70 76 densas ou de alta transpira o 26 52 62 69 muito densas ou de alta transpira o 15 44 54 61 Superficie imperme vel 100 100 100 Quadro ITI 2 2 2 Classifica o do CN SCS Os valores de CN obtidos conforme cada um destes grupos hidrol gicos de solo e respectivos usos deve ser corrigido por forma a contemplar a condi o antecedente de humedecimento do solo Assim existem as condi es antecedentes de humidade do solo Antecedent Moisture Condition AMC 5 Adaptado de Lencastre 1992 e Chow 1988 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 43 Cap tulo III Caudais de percurso AMC I Solos secos abaixo do ponto de emurchecimento Nao devem ser considerados em estudos de caudais de cheia AMC II A humidade corresponde capacidade de campo Solo h mido d origem a escoamentos m dios AMC II Solo muito encharcado quase saturado condi es de empo amento originado por chuvas persistentes durante pelo menos cinco dias anteriores Situa
188. potencial taxa de mfiltra o Teal ds hrt rees ara a aae Aa SES 37 Figura II 2 1 6 Precipita o acumulada infiltra o acumulada sseeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeesesee 38 Figura 1 2 2 1 Abaco das curvas numero SCS sccssssssssssesssesessesseesesseessssesessseseesesees 39 Figura L2 2 2 Abaco triangular para a classifica o do grupo hidrol gico de solo 41 Figura 1 2 2 3 Precipita o precipita o efectiva pela curva numero 44 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua xvii ndice de figuras Figura 1 2 2 4 Taxa de precipita o taxa de infiltra o ia 44 Figura 1 2 2 5 Precipita o acumulada infiltra o acumulada cee eee eee eeeeeeeeeeeeee 44 Figura IV 1 1 Volume de controlo Perfil longitudinal 48 Figura IV 1 2 Volume de controlo Planta errar 48 Figura IV 1 3 Volume de controlo Perfil transversal 48 Figura V 2 1 Hidrograma de entrada 2 2 ncciieeten Gases spas e causa Recta dna dead dadas aaa a 62 Figura V2 2 Curva caracteristica assis esa a qa Ras ete 62 Figura V 2 3 Hidrograma de sa da aeansaa ia dl ada Lapada 62 Figura V 3 1 Grelha num rica discretizando o plano espa o tempo ssseesssessesseeeeeee 63 Figura V 3 1 1 Operador num rico linear oo eee eeseceeeceseeesneecaecnseenseeeeaeecsaeeneeseees 66 Figura V 3 2 1 Es
189. qua es gerais do escoamento em superf cie livre a equa o da conserva o da massa e a equa o da conserva o da quantidade de movimento e quais os seus pressupostos e simplifica es Estas equa es designam se por equa es de S Venant e formam o modelo de onda din mica S o ainda indicadas quais as simplifica es que levam ao modelo de in rcia nula e ao modelo de onda cinem tica No cap tulo V apresenta se o modelo de onda cinem tica bem como os m todos num ricos empregues para a sua resolu o num rica No capitulo VI descreve se o m todo empregue para gerar a rede hidrogr fica com base no modelo digital do terreno e a aplica o do modelo de onda cinem tica nessa rede bem como a organiza o da estrutura de dados para a implementa o do esquema num rico para a resolu o da equa o da onda cinem tica na rede hidrogr fica formando um modelo Quasi 2D No capitulo VII feita a caracteriza o hidrol gica da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel No cap tulo VIII aplicado o modelo desenvolvido ao caso de estudo s o apresentados e comentados os resultados obtidos para os v rios cen rios considerados Por fim no cap tulo IX s o tecidas algumas considera es gerais indicando se os aspectos mais marcantes e relevantes do estudo e apontam se as linhas de investiga o a seguir no futuro para continuar o aprofundamento do tema S o inclu dos dois anexos o anexo A contem
190. quema de uma itera o do m todo de Newton Raphson 68 Figura VI 1 Modelo digital do terreno e ereernaereeeracananas 71 Figura V1 2 Discretiza o da bacia hidrogr fica em c lulas 71 Figura VI 3 Poss veis direc es do escoamento nn reeearea 12 Figura VI 4 Discretiza o da rede hidrogr fica rrenan 72 Figura VI 5 Fluxograma da sub rotina GeraRedeHidrografica eee ceeceeeeeseeesneeeeeeeeees 74 Figura VI 7 Sec o transversal oc sesansanesscata pest cepaasaado eee enc ieeade adi deslinaeeee desea dine 75 Figura V1 8 Defini o da sec o transversal re ereererranaas 15 Figura VI 1 1 Factor de sinuosidade adicional rear 78 Figura V1 3 1 Representa o esquem tica da estrutura de dados 80 Figura V1 3 2 Representa o esquem tica da estrutura dos dados pormenor 81 Figura VI 4 1 Sec o trapezoidal assim trica rr erereernraraas 82 Figura V 14 2 1 Sec o rectangular assa Bede eg ee acta EA a 84 Figura VII 1 1 Localiza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel em Portugal Continental isise iro eni aeae Sad ase 89 Figura VII 1 2 Localiza o da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel no Sotavento Algarvio 90 Figura VII 2 1 Modelo digital do relevo da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alpor
191. r t n t L lel glr 41 11 2 2 15 para 0 lt t lt At g t Art 0 11 2 2 16 has oe E 11 2 2 17 At At para t gt At A t a g t At Tapie Pe I1 2 2 18 At At A t Leet 11 2 2 19 10 X t At At Q t h t t Figura 11 2 2 4 Resposta de um reservat rio linear entrada de um volume unit rio num intervalo At 11 2 3 M todo de Muskingum O m todo de Muskingum utilizado para modelar o volume armazenado do leito de um rio e o avan o de uma onda de cheia O m todo considera o volume de gua contido num tro o de um rio dividido em duas parcelas as quais s o designadas de acordo com a sua forma geom trica por prisma e cunha ver figura 1 2 3 1 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 13 Cap tulo II S ntese de conhecimentos Figura 11 2 3 1 Progress o e recess o de uma onda de cheia Assumindo que rea da sec o transversal do escoamento directamente proporcional ao caudal nessa sec o o volume do prisma dado por Veena O 1 2 3 1 e o volume da cunha calculado por Vom K X 1 0 112 3 2 sendo Q caudal a sair do tro o de leito I caudal a entrar no tro o de leito K constante de proporcionalidade X factor de pondera o em que 0 lt X lt 0 5 Assim a fun o de armazenamento dada por S K Q K X I Q IL 2 3 3 S K X I 1 X 0 1 2 3 4 A equa o 1 2 3 4 representa a fun o de armazenamento de um reservat ri
192. r os coeficientes de rugosidade de Manning Strickler a atribuir aos tro os da rede hidrogr fica considerou se por observa o das linhas de gua in situ uma varia o destes coeficientes de montante para jusante proporcional ordem do respectivo tro o Tal considera o apesar de poder ter algumas discrep ncias com os valores reais em alguns pontos localizados da bacia hidrogr fica revelou se acertada uma vez que os coeficientes de rugosidade atribu dos aos tro os de cabeceira portanto de ordem um e ao tro o que representa a sec o de controlo s o coerentes com a bibliografia Chow 1959 Silva 1996 e o tempo de concentra o determinado mediante o cen rio um do cap tulo VIII coerente com o tempo de concentra o de uma bacia com estas caracter sticas conforme verificado no respectivo cap tulo um dos principais defeitos apontados aos modelos digitais de quadr cula que os resultados obtidos s o influenciados pela dimens o das c lulas Tal facto realmente ocorre mas pode ser minimizado pelas considera es feitas no ponto anterior e pela inclus o de um factor de sinuosidade adicional ver cap tulos VI e VIII a aplica o da equa o da onda cinem tica para a modela o do escoamento superficial em regime vari vel revelou se adequada sendo apenas de referir algumas diferen as verificadas entre as curvas de esvaziamento dos hidrogramas calculado e observado uma vez que para valores de caudais muito
193. ra V 3 1 1 Operador num rico linear Este operador f cil de implementar mas apresenta alguns problemas de instabilidade Ou seja os resultados obtidos variam com o valor da rela o aie Por isso utilizou se um m todo explicito n o linear cujos valores de partida s o dados pelos resultados do m todo expl cito linear apresentado neste ponto 66 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo V Onda cinem tica V 3 2 M todo n o linear Como foi visto no ponto V 3 a equa o da continuidade SO di V 3 2 1 a d esta equa o pode ser escrita sob a forma de diferen as finitas j 1 jtl jti J jtl J Qa Q Ain Ai Gist Qi V 3 2 2 Ax At 2 de acordo com a equa o V 1 8 A a Q V 3 2 3 podem se escrever as seguintes rela es Ai a o V 3 2 4 Ai a Q V 3 2 5 em que como foi visto anteriormente 3 D V 3 2 6 5 e ph a TE V 3 2 7 k Se substituindo na equa o V 3 2 2 obt m se jtl iar jtl j j Qa Q 0 oo E o e Gini din V 3 2 8 Ax At 2 map goa Gin 9 Z 0 a lot f a lol Ar TOR V 3 2 9 A At jtl egito lo IE ao OU or 0 Ar spats a V 3 2 10 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua 67 Cap tulo V Onda cinem tica Na equa o V 3 2 10 as vari veis do membro esquerdo da equa o s o desconhecidas enquanto todas as vari veis que aparecem no membro direit
194. rela o entra as caracter sticas geomorfologicas da bacia hidrogr fica e a sua resposta em termos hidrol gicos Estes autores j consideram no seu estudo ordem das linhas de gua seus comprimentos e reas de influ ncia para descrever a geomorfologia do sistema Estes autores definem o conceito de hidrograma unit rio geomorfol gico Mesa e Mifflin 1986 Nadem 1992 e Troch 1994 apresentam metodologias similares por forma a ter em considera o a variabilidade espacial na modela o hidrol gica da resposta da bacia a eventos meteorol gicos Nestes estudos os autores consideram a bacia hidrogr fica como cascatas formando uma rede dentritica de reservat rios lineares que representam as encostas a drenarem para a rede hidrogr fica assim como a hierarquia de canais que formam a rede hidrogr fica Mesa e Mifflin 1986 utilizam uma equa o de advec o dispers o tamb m conhecida por equa o da onda difusa ponderada por uma fun o normalizada da rede hidrogr fica Esta fun o foi definida como o n mero de linhas de gua a uma determinada dist ncia da sec o de controlo a dividir pelo comprimento total de todos os canais da rede hidrogr fica 8 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos Para determinar os caudais afluentes rede hidrogr fica provindos das encostas estes autores sugerem duas fun es uma que traduz o escoamento r pido e outra para o
195. resenta o gr fica da bacia hidrogr fica no monitor Exporta Modelo digital do relevo gt SURFER cria um ficheiro contendo o modelo digital do relevo com um formato reconhecido pelo programa Surfer da Golden Software Inc Rede hidrogr fica gt ACAD cria um ficheiro script com a estrutura da rede hidrogr fica Este ficheiro reconhecido pelo programa de desenho AutoCAD da Autodesk Modelo digital do terreno pontos 3D gt ACAD cria um ficheiro script com os pontos em tr s dimens es que definem o modelo digital do relevo Este ficheiro reconhecido pelo programa de desenho AutoCAD da Autodesk Modelo digital do terreno barras 3D gt ACAD cria um ficheiro script com paralelep pedos cuja base igual dimens o da c lula e a altura a cota da c lula Este ficheiro reconhecido pelo programa de desenho AutoCAD da Autodesk Categorias taxon micas gt ACAD cria um ficheiro script com superf cies planas quadradas adjacentes dispostas como na distribui o espacial das c lulas com a mesma A 16 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo A Descri o do programa MDBH dimens o destas e cujas cores s o atribu das pelas classes taxon micas do solo Este ficheiro reconhecido pelo programa de desenho AutoCAD da Autodesk Usos do solo gt ACAD cria um ficheiro script com superf cies planas quadradas adjacentes dispostas como na distribui o espacial das c lu
196. s 2 Com o desenvolvimento computacional actualmente poss vel efectuar opera es complexas em minutos que apenas h alguns anos atr s levariam semanas a processar Assim actualmente j poss vel implementar modelos hidrol gicos distribu dos que se baseiam na resolu o num rica das equa es gerais do escoamento com superf cie livre discretizando o meio em milhares de pontos por forma a representar da forma mais fiel a variabilidade espacial e temporal da realidade Ao criar um modelo distribu do do escoamento superficial de uma bacia hidrogr fica necess rio definir as caracter sticas que influenciam o fen meno Estas caracter sticas tais como a topografia o material do leito das linhas de gua os solos ou os usos do solo s o propriedades espacialmente distribu das e geograficamente referenci veis levando ao dom nio dos sistemas de informa o geogr fica SIG No presente trabalho n o se utilizou nenhum programa comercial de SIG sendo a implementa o do modelo sido programada de raiz pelo autor A informa o sobre as propriedades espacialmente distribu das organizada num modelo digital do terreno constitu do por uma malha de c lulas regulares o que permite uma boa efici ncia de c lculo no algoritmo de gera o rede hidrogr fica e no modelo do escoamento superficial Palacios V lez 1986 e Cuevas Renauld 1992 em Silva 1996 Por constituir uma boa aproxima o das equa es gerais do es
197. s Integer Open c CInfilt scr For Output As 1 icel 0 For iy 1 To Ny For ix 1 To Nx icel icel 1 X ix Dx iy Dy K i plx X Dx 2 ply Y Dy 2 p2x X Dx 2 p2y Y Dy 2 p3x X Dx 2 p3y Y Dx 2 p4x X Dx 2 p4y Y Dx 2 cs CInfilt icel If cs 1 Then cs 255 Print 1 COLOR CStr cs Print 1 SOLID CStr plx CStr ply CStr p2x CStr p2y CStr p3x CStr p3y CStr p4x CStr p4y Next ix Next iy pix 1 1 Dx Nx p2x 1 1 Dx Nx p3x 1 1 Dx Nx Dx p4x 1 1 Dx Nx Dx For icsolo 1 To ncInfilt ply icsolo 1 5 Dy p2y ply Dy p3y icsolo 1 5 Dy p4y ply Dy Print 1 COLOR CStr icsolo Print 1 SOLID Ti CStriplx TrA cstr ply pm w cStr p2x s MN CStri p2y y to oBer poxi CStr p3y CStr p4x CStr p4y Print 1 TEXT CStr p4x CStr p4y CStr icsolo CStr InfS icsolo CStr InfUS icsolo m Next icsolo Close 1 End Sub B 36 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Anexo B C digo fonte do programa MDBH Public Function CalculaVolumePrecipitacaoTotal Dim vp As Single Dim ich As Integer Dim icel As Integer vp 0 For icel 1 To Nx Ny If CInfilt icel lt gt 1 Then For ich 1 To nChuva vp vp ChuvaDist icel ich Dx
198. s de percurso N a O O gt E E gt 5 oO Chuva mm hora t Inf real mm hora mm hora Tempo s Figura III 2 2 4 Taxa de precipita o taxa de infiltra o Chuva acum mm E Inf acum mm Tempo s Figura II 2 2 5 Precipita o acumulada infiltra o acumulada Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 45 Cap tulo III Caudais de percurso HI1 3 Caudais de percurso Assume se que a rede hidrogr fica alimentada por caudais de percurso uniformemente distribu dos ao longo de cada tro o da rede hidrogr fica e que s o originados pelo excesso de precipita o gerado na c lula a montante do respectivo tro o O caudal de percurso de um determinado tro o da rede hidrogr fica num determinado instante dado por Pelo Dx Dy Ari Vie 600 ET ae ene sendo dp caudal de percurso m s m P A as precipita o efectiva no instante j no n 1 do tro o ic mm hora Dx dimens o x da c lula m Dy dimens o y da c lula m Li comprimento do tro o ic m 46 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II Caudais de percurso Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 47 Cap tulo IV Equa es de Saint Venant IV Equa es de Saint Venant O escoamento da gua sobre o solo um processo distribu do porque o ca
199. sboa Faculdade de Ci ncias e Tecnologia Loureiro Jo o Mimoso 1983 Monografia hidrol gica do Algarve Universidade do Algarve Direc o Geral dos Recursos e Aproveitamentos Hidr ulicos Miyazaki T 1993 Water Flow in Soils Marcel Dekker Inc Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 139 Bibliografia 25 Moussa R Bocquillon C 1996 Criteria for the choice of flood routing methods in natural channels Journal of Hydrology 186 1996 pag 1 30 26 Novotny Vladimir 1995 Nonpoint Polution and urban stormwater management Water Quality Management Library Volume 9 Technomic Publishing Company Inc 1995 27 Parr A Zou S McEnroe B Setembro 1998 Effects of Infiltration on Agricultural Runoff Contamination Journal of Environmental Engineering 28 Raudkivi Arved J Loose Boundary Hydraulics A A Balkema 1998 29 Santos Francisco L cio 1997 Transferencia de gua e de solutos no solo Publica es Universidade de vora 30 Silva Maria Manuela Portela Correia dos Santos Ramos da 1996 Modelo Distribuido de Simula o do Escoamento Superficial Disserta o submetida para a obten o do grau de Doutor em Engenharia Civil pela Universidade T cnica de Lisboa 31 Singh Vijav P Fiorentino M 1996 Geographical Information Systems in Hydrology Kluwer Academic Publishers 32 Smith Keith Ward
200. sidade icel As Integer As Single CoefRugosidade Krug icel End Function Public Sub DesenhaGraficoHidrograma cel As Integer Dim ic As Integer Dim canal As Integer Dim it As Single Dim itch As Integer Dim iq As Single Dim ip As Single Dim x1 As Sing Dim yl As Sing Dim x2 As Sing ooo o Dim y2 As Sing Dim maxChuva As Single Dim maxCaudal As Single Dim EscalaChuva As Single Dim EscalaCaudal As Single Call DlinhaA 0 0 Dt Nt 0 Call DlinhaA 0 0 0 45 Call DlinhaA 0 45 Dt Nt 45 If cel 0 Then Exit Sub descobre qual o tro o que parte da c lula For ic 1 To Nc If nol ic cel Then canal ic Exit For End If Next ic If canal 0 Then Exit Sub For itch 1 To nChuva maxChuva Max maxChuva ChuvaDistribuida cel itch Next itch If maxChuva 0 Then maxChuva 10 10 maxChuva EscalaChuva desenha a escala do tempo For it 0 To Nt 1 Step Nt 4 Call DlinhaA it Dt 44 it Dt 46 Call DTextoCA Format it Dt 3600 0 00 it Dt 10 45 it Dt 10 51 Next it Call DTextoEA h Nt Dt 1 02 45 Nt Dt 1 04 51 desenha a escala do hietograma For ip 0 To maxChuva Step maxChuva 2 Call DlinhaA 1 EscalaChuva ip 2 EscalaChuva ip Call DTextoDA Format ip 0 0 10 EscalaChuva ip 5 EscalaChuva ip Next ip Call DTextoDA mm 10 13 5 13 desenha a linha do hietograma Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e
201. siderados duas cascatas de reservat rios lineares em paralelo uma representa a gua superficial e a outra representa a gua sub superficial O movimento da gua superficial mais r pido e afecta essencialmente a curva de ascens o do hidrograma enquanto que o movimento da gua sub superficial afecta a curva de recess o e de esvaziamento do hidrograma Em 1996 C rdenas na sua tese de doutoramento apresenta um modelo distribu do no qual discretiza a bacia hidrogr fica em elementos de escoamento interligados de acordo com a hierarquia da rede hidrogr fica que tendem a representar de forma distribu da a geomorfologia da bacia Nestes elementos s o considerados dois sistemas lineares por forma a considerar o escoamento r pido e o escoamento lento Em 1996 Silva na sua tese de doutoramento apresenta um modelo distribu do hidr ulico O modelo assenta sobre um modelo digital do relevo constitu do por uma malha de Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 9 Cap tulo II S ntese de conhecimentos tri ngulos irregulares adjacentes n o sobrepostos TIN Para modelar o movimento do escoamento superficial utilizada a equa o da onda cinem tica nas encostas representadas pelas superf cies dos tri ngulos e nas linhas de gua que se situam nas intersec es c ncavas dos tri ngulos 11 2 Modelos deterministicos agregados 1 2 1 Modelo geral de um sistema hidrol gico agregado Num sistema
202. sponde ao n vel de tempo da is crona que se est a calcular e calculado por _ s j VI 5 2 3 sendo t tempo correspondente is crona que se est a determinar At intervalo de tempo considerado nos m todos num ricos para a resolu o da equa o da onda cinem tica Substituindo x pelo comprimento total do tro o L e considerando todos os tro os a percorrer at chegar sec o de controlo o tempo que o excesso de precipita o de uma determinada c lula leva a atingir a sec o de controlo ser dado por RO V15 2 4 tear D lc VL5 2 5 k sendo Lic comprimento real do tro o ic te tempo de concentra o da c lula cel O c lculo de t repetido para todas as c lulas Conforme o valor de t assim se determina entre que is cronas est compreendida a respectiva c lula VI 6 Considera es sobre o c lculo A sequ ncia do c lculo feita pela ordem crescente do n mero de ordem dos tro os ou seja primeiro s o calculados todos os tro os de ordem um depois todos os tro os de ordem dois e assim sucessivamente at ao n mero de ordem mais elevado na bacia hidrogr fica O caudal no n um de cada tro o igual soma dos caudais nos n s dois do ou dos tro os a montante que nele convergem Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 87 Cap tulo VI Modelo Quasi 2D Os caudais s o calculados numa primeira fase pelo m todo l
203. stribui o espacial da precipita o pode n o corresponder aos pressupostos destes m todos principalmente quando se trata de chuvas intensas 30 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo III Caudais de percurso Hll 2 Equa es de infiltra o A infiltra o o processo pelo qual a gua passa da superf cie do solo para o interior deste A velocidade de infiltra o influenciada por muitos factores a vegeta o a porosidade conductividade hidr ulica e teor de humidade do solo O solo um elemento com grande variabilidade espacial Sendo formado por horizontes que formam camadas horizontais com propriedades diferentes De um local para outro tamb m se podem verificar altera es das propriedades do solo mesmo para s tios muito pr ximos Isto faz com que a infiltra o seja um processo complexo que s pode ser traduzido por equa es de uma forma aproximada O avan o de uma frente de humedecimento pode ser esquematizado num gr fico em que se representa o teor de humidade volum trico em fun o da profundidade como mostrado na figura II 2 1 Zona saturada Zona de transmi o Frente de humedecime Figura III 2 1 Avan o de uma frente de humedecimento I11 2 1 Equa o de Green Ampt Para lidar com este problema Green Ampt 1911 prop s um esquema simplificado do avan o de uma frente de humedecimento com base no qual o tratamento matem tico do
204. tel 2 ccapdgaecucdatepcaaies aeceuaduaccantaceteeeet nda o 90 Figura VII 2 2 Curva hipsom trica da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel 91 Figura VII 3 1 Rede hidrogr fica da bacia hidrogr fica da Ribeira de Alportel 92 xviii Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua ndice de figuras Figura VIL3 2 Perfil longitudinal da linha de gua principal eeeseeeeeeeeeeeeeeeeteeeeeseees 93 Figura VII 3 3 Geometria da sec o de controlo da esta o hidrom trica de Bodega 93 Quadro VII 3 2 Localiza o da esta o hidrom trica de Bodega t 94 Figura VII 5 1 Classes taxon micas do solo da bacia hidrogr fica da Ribeirade PORCA gi A daa a enemas aa eae 95 Figura VII 6 1 Classes de uso do solo assess anais suds tas sald EG vaste sp cases nea 99 Figura VII 7 1 Classes de inifilttaca iis s vecivned sines lg gas tevt nado den Gaia lopes 101 Fotografia VII 9 1 Cabeceira da Ribeira de Alportel 106 Fotografia VII 9 2 Aspecto de uma zona de Cabeceira ceescecessceceeneeceeeeeceeeeeeeteeeenaes 106 Fotografia VII 9 3 In cio de uma linha de gua erre 107 Fotografia VII 9 4 Aspecto do uso do solo ceessecesstecesseeceeseeceeneeceeneeceeeeecseeeeesteeeenaes 107 Fotografia VII 9 5 Leito da Ribeira de Alportel rena 108 Fotografia VII 9 6 Leito na sec o
205. tion Service um hidrograma unit rio sint tico no qual a curva do hidrograma dada de forma adimensional por Allo R 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 t Tp Figura II 2 8 1 Hidrograma unit rio sint tico adimensional do SCS 20 Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua Cap tulo II S ntese de conhecimentos O caudal de pico pode ser determinado por q a 1 2 8 1 em que A rea da bacia em km T tempo de ascens o O tempo de ascens o calculado de acordo com a seguinte f rmula T T 0 6 T 11 2 8 4 sendo T tempo de concentra o da bacia t dura o da chuva unit ria t T 5 O tempo de recess o dado por T 1 67 T 11 2 8 5 11 2 9 Hidrograma unit rio triangular do Soil Conservation Service O hidrograma unit rio triangular uma vers o simplificado do hidrograma adimensional em que se assume por simplifica o que a forma do hidrograma unit rio triangular Tp Tr Figura 1 2 9 1 Hidrograma unit rio sint tico triangular do SCS Para o c lculo de qp T e T utilizam se as express es apresentadas para o hidrograma unit rio sint tico adimensional do SCS Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 21 Cap tulo II S ntese de conhecimentos I3 Modelos deterministicos distribu dos O movimento da gua sobre o solo e nas linhas de gua um processo distribu do no tempo e no espa o A modela o dest
206. tuado pelo m todo de Muskingum com a vari vel X nula De acordo com Nash 1957 em Chow 1988 o modelo hidrol gico de uma bacia hidrogr fica pode ser descrito por n reservat rios lineares em s rie A resposta de n reservat rios lineares entrada de um volume unit rio instantaneamente em cada um deles representa o hidrograma unit rio instant neo da bacia Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 15 Cap tulo II S ntese de conhecimentos A resposta de um reservat rio linear entrada de um volume unit rio instantaneamente J foi deduzida no t pico Modelo de um reservat rio linear tT u t j 5 e k 1 2 4 1 esta fun o descreve a sa da do primeiro reservat rio que entra no segundo O caudal de sa da do segundo reservat rio ser t q lit ult pr 1 2 4 2 0 q po Let he 1 2 4 3 0 eg Gai 1 2 4 4 o caudal de sa da do segundo reservat rio entra no terceiro e assim sucessivamente O caudal de sa da do reservat rio n ser dado por ane ae J gt a Gi 11 2 4 adl 12 45 a Na Ns e qn Figura 1 2 4 1 Reservat rios lineares em s rie Modelos de bacias hidrogr ficas podem ser constitu dos por uma rede de reservat rios lineares cuja constante k fun o do n mero de ordem do tro o que este reservat rio representa e a hierarquia destes reservat rios representa a rede hidrogr fica da bacia a modelar Desta forma
207. u um volume no espa o delimitado por uma fronteira por onde entram e saem gua ar e energia t rmica sob diferentes formas A an lise de um sistema hidrol gico tem como objectivo estudar e compreender o funcionamento do sistema por forma a determinar as suas respostas O modelo de um sistema hidrol gico uma aproxima o do sistema real as suas entradas e sa das s o vari veis mensur veis e a sua estrutura um conjunto de equa es que relacionam as entradas com as sa das Como as entradas e as sa das s o fun o do espa o e do tempo podemos escrever O x y 2 t 0 I x 9 2 1 11 1 em que traduz a estrutura do modelo Q caudal que sai do sistema hidrol gico I caudal que entra no sistema hidrol gico Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua 5 Cap tulo II S ntese de conhecimentos Os modelos hidrol gicos podem ser divididos em duas categorias os modelos f sicos e os modelos abstractos Os modelos f sicos s o modelos em escala reduzida prot tipos que traduzem o funcionamento do sistema real Os modelos abstractos representam o sistema atrav s da matem tica O funcionamento do sistema traduzido por um conjunto de equa es que relacionam as vari veis de entrada com as vari veis de sa da Estas vari veis podem ser fun es do espa o e do tempo e podem tamb m ser probabil sticas ou aleat rias sendo descritas por distribui es estat sticas Um modelo deterministi
208. ua o da conserva o da massa Q OA MO dA _ IV 1 8 Ox ot E Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 49 Cap tulo IV Equa es de Saint Venant IV 2 Equa o da conserva o da quantidade de movimento A segunda equa o de Newton F IV 2 1 em que F for a P quantidade de movimento t tempo pode ser escrita na forma do teorema de transporte de Reynolds d Ersa V eav V pV IV 2 2 A equa o anterior mostra que o somat rio das for as aplicadas na massa de fluido contida no interior do volume de controlo igual varia o da quantidade de movimento no interior do volume de controlo mais a quantidade de movimento que sai do referido volume As for as que actuam sobre o fluido contido no volume de controlo s o for a gravitica F for a de atrito com o fundo e laterais do volume de controlo F for a de contrac o ou expans o causada por varia es bruscas da geometria do canal F for a do vento na superf cie do fluido F diferen a de press o A componente da for a gravitica que actua sobre o fluido no interior do volume de controlo segundo a direc o do escoamento determinada como o produto do peso vol mico pelo volume do fluido pelo seno do ngulo que o fundo faz com a horizontal Para inclina es pequenas o seno aproximadamente igual tangente F p g A dx sinO pg AS dx IV 2 3 A for a de atrito causada pelo esfor o trans
209. udal velocidade e altura da l mina de gua variam no tempo e no espa o O c lculo destas vari veis pode ser efectuado atrav s das equa es de Saint Venant Estas s o equa es diferenciais s derivadas parciais que permitem o c lculo do caudal e da altura da l mina de gua como fun es do tempo e do espa o A dedu o das equa es de Saint Venant baseia se nos seguintes pressupostos O escoamento unidimensional a profundidade e a velocidade variam s na direc o longitudinal do canal Isto implica que a velocidade constante e a superf cie da gua horizontal numa sec o perpendicular ao eixo longitudinal do canal O escoamento varia gradualmente ao longo do canal podendo se desprezar as acelera es verticais e considerar a distribui o de press es segundo a vertical hidrost tica O eixo longitudinal do canal aproximadamente uma linha recta O declive do fundo pequeno e o fundo n o m vel ou seja os efeitos do destacamento e deposi o n o influenciam o escoamento Os coeficientes de rugosidade para o regime permanente e uniforme s o aplic veis sendo v lidas as equa es de Manning ou Ch zy para os quantificar O fluido incompress vel e com densidade constante IV 1 Equa o da continuidade Considerando um volume de controlo elementar com um comprimento fixo dx conforme esquematizado nas figuras IV 1 1 IV 1 2 e IV 1 3 Universidade de vora Mestrado em
210. ula ycelula y0 iy Dy c lculo da coordenada y da c lula If CInfilt icel lt gt 1 Then calcula as distancias a cada uma das esta es For iEstac 1 To nEstac Dist iEstac Sqr xcelula xEstac iEstac 2 ycelula yEstac iEstac Next iEstac calcula a precipita o para cada c lula como uma m dia ponderada pelo inverso da dist ncia a cada uma das respectivas esta es dtChuva 3600 For ich 1 To nChuva para todos os intervalos de tempo nl 0 n2 0 For iEstac 1 To nEstac nl nl Chuva iEstac ich 1 Dist iEstac n2 n2 1 Dist iEstac B 38 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Anexo B C digo fonte do programa MDBH Next iEstac ChuvaDist icel ich nl n2 Next ich Else For ich 1 To nChuva para todos os intervalos de tempo ChuvaDist icel ich 10000 Next ich End If Next ix Next iy Open c chuvadist txt For Output As 1 For ich 1 To nChuva Print 1 ChuvaDist 565 ich Next ich Close 1 End Sub Public Sub CalculaExcessoChuvaGAXXXBAK calculo do excesso de precipit o recorrendo equa o de Green Ampt o excesso de precipita o dado em mm hora vari veis para o c lculo do excesso de chuva pelo m todo de GreenAmpt Dim ChuvaAcumGA As Single chuva acumulada Dim ChuvaIntGA As Single intencidade de precipita o Dim InfiltMaxGA As Single taxa potencial max
211. va de 10 mm por hora uniformemente distribu da sobre toda a bacia durante um intervalo de tempo superior ao tempo de concentra o da bacia hidrogr fica Por forma a efectuar a an lise de sensibilidade dos resultados do modelo ao incremento de tempo Ar efectuou se a simula o para Ar de 200 s 600 s 1800 s 3600 s e 5400 s S o apresentados os hidrogramas obtidos pela resolu o num rica da equa o da onda cinem tica pelo m todo linear e pelo m todo n o linear ver cap tulo V Os coeficientes de rugosidade de Manning Strickler s o de 4 0 m s para os tro os de ordem 1 e de 25 0 m 2 s para o tro o de ordem m xima situado na sec o de controlo Este cen rio fict cio e contorna o efeito da infiltra o na resposta da bacia a um evento meteorol gico servindo nica e exclusivamente para observar o comportamento da equa o da Onda Cinem tica na rede hidrogr fica da Ribeira de Alportel calibrar os coeficientes de rugosidade de Manning Strickler por forma que o tempo que o caudal leva a estabilizar seja igual ao tempo de concentra o da bacia verificar se o caudal na sec o de controlo estabilizado igual intensidade de precipita o vezes a rea da bacia ou seja como para valores de t superiores ao tempo de concentra o T toda a bacia est a contribuir para o caudal na sec o de controlo o volume que sai da bacia por unidade de tempo igual ao volume que entra na bacia por unidade de tempo e
212. vel aleat ria em que por an lise estat stica se determina a rela o intensidade dura o frequ ncia Nesta situa o o modelo considera todas as cinco poss veis fontes de varia o do processo hidrol gico No estado actual do conhecimento poss vel tratar o escoamento superficial e a infiltra o com base em modelos deterministicos contudo a precipita o possui uma forte componente aleat ria que a remete para o campo dos modelos estoc sticos Contudo existem in meras outras poss veis abordagens algumas mais simplificadas outras mais elaboradas para lidar com o problema da rela o precipita o escoamento superficial Algumas dessas poss veis abordagens s o referidas nos t picos seguintes IL1 Breve hist ria do desenvolvimento dos modelos de precipita o escoamento superficial Em 1932 L K Sherman apresentou o hidrograma unit rio como um m todo para determinar o escoamento superficial para qualquer chuvada O hidrograma unit rio definido como a resposta da bacia hidrogr fica a uma precipita o efectiva unit ria uniformemente distribu da e com intensidade constante num tempo unit rio Em 1938 ap s estudar bacias hidrogr ficas nas montanhas dos Apalaches nos Estados Unidos Snyder prop s rela es entre algumas das caracter sticas do hidrograma unit rio como o caudal de pico o tempo de retardamento e o tempo base introduzindo um hidrograma unit rio sint tico Em 1945 Clark Universidade de v
213. verso ao longo do fundo e lados do volume de controlo dada por T P dx IV 2 4 sendo 50 Universidade de Evora Mestrado em Engenharia do Solo e da Agua Cap tulo IV Equa es de Saint Venant T tens o tangencial ou de arrastamento P per metro molhado dx comprimento do volume de controlo A tens o tangencial ou de arrastamento T calculada por TEY RS IV 2 5 sendo y peso vol mico do fluido R raio hidr ulico S declive da linha de energia como o peso vol mico dado por Y Pp g IV 2 6 e o raio hidr ulico define se como R 2 IV 2 7 P substituindo na equa o IV 2 5 a tens o tangencial define se como A P85 S IV 2 8 assim a for a resultante devido ao atrito calculada por F p g A S dx IV 2 9 Expans es ou contrac es bruscas do canal provocam perdas de energia devido a remoinhos Essas perdas s o proporcionais varia o da energia cin tica ao longo do comprimento do canal 2 2 g g As for as que causam essa perda de carga s o calculadas por F p g AS dx IV 2 11 sendo S a perda de carga devida expans o ou contrac o S calculado pela seguinte express o Universidade de vora Mestrado em Engenharia do Solo e da gua 51 Cap tulo IV Equa es de Saint Venant IV 2 12 2 g ox em que K factor de expans o ou contrac o negativo para expans es e positivo para contrac es O efeito do vento

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