Rede Agronomia

Rede dos Engenheiros Agrônomos do Brasil

HIDROLOGIA, do Grego, Hydor = água + Logos = estudo, é a ciência que trata da água em todos os seus estados físicos, de sua ocorrência, distribuição e circulação na Natureza. Como mostra o mapa mental abaixo, a Hidrologia Física trata da água na atmosfera, dos oceanos e correntes marinhas, da neve e gelo, da água subterrânea e das de superfície. Já a Hidrologia Aplicada (ou o uso da Engenharia na Hidrologia) tem como focos: o abastecimento d´água, controle das enchentes, a irrigação, conservação do solo, geração de energia hidrelétrica e uso recreativo da água.

Neste outro mapa mental, elaborado por mim anos atrás, no ramo profissional da Engenharia, a Hidrologia é contemplada pelo menos nas atividades de projeto de barragens, irrigação e pequenas centrais hidrelétricas (PCH). Na Zootecnia, destaquei a piscicultura. Já para o ramo que chamei de Agronomia propriamente dita, a Hidrologia é citada apenas duas vezes: em Pedologia (conservação do solo com práticas que evitem a erosão hídrica), e Climatologia, de importância fundamental pelas chuvas para a produção agrícola, nas propriedades que não se utilizam da irrigação.

Se no nosso currículo ainda constasse o estudo das Florestas, eu teria destacado a Hidrologia Florestal.

Das incursões do Engenheiro Agrônomo na Hidrologia Aplicada, observando a parte de baixo do mapa mental estrangeiro, abstraindo o uso recreativo da água, eu destacaria o abastecimento de água e o controle de enchentes pois, apesar de não constarem dos nossos currículos e atribuições profissionais, temos plena capacidade técnica para resolvê-los, pelo menos na zona rural.

Para mostrar a beleza dessa Ciência (a Hidrologia), basta exibir uma foto tirada de satélite, como a aí de baixo. A linha grossa amarela divide a imagem em duas partes, que se distinguem pelas Densidades de Drenagem diferentes. Que lição tirar desse fato ? A parte inferior da imagem, com maior densidade de drenagem (maior número de rios por hectare), indica subsolos mais duros e impermeáveis, forçando um maior escoamento superficial. Quando eu lecionava Hidrologia para alunos de Engenharia Florestal da UFRRJ na década de 90 e fomos visitar o setor de Geoprocessamento da CPRM aqui no Rio de Janeiro, apareceu na tela de um computador uma imagem de satélite parecida com essa e, o operador nos disse que, pela razão que expliquei acima, foi feita uma inspeção local, e a área era de uma jazida de Ferro.

A Lei das Águas

Este mês celebram-se os dez anos de promulgação da Lei nº 9.433/97, conhecida como Lei das Águas. Ela instituiu no Brasil a Política Nacional de Recursos Hídricos e criou o Sistema Nacional de Gerenciamento de Recursos Hídricos (Singreh). Tendo como enfoques principais a bacia hidrográfica, e os Comitês de Bacias, e a outorga de água para irrigação, a Hidrologia se faz presente na maioria de seus artigos e parágrafos.

Exemplo da aplicação da Hidrologia na Agronomia

A irrigação (logo depois dos estudos para construção de barragens de terra e de pequenas centrais hidrelétricas), por demandar mais de 70% da água retiradas dos mananciais, é a prática que mais necessita de conhecimentos de Hidráulica e de Hidrologia. Levando em conta que o manancial mais utilizado no Brasil são os rios e córregos, resolvemos usar como exemplo uma das tarefas mais importantes da Hidrologia, que é o estudo do regime dos rios, ou seja, as variações dos seus níveis de água e vazões ao longo do tempo, o que se faz com o desenho da sua Hidrógrafa.

A Figura abaixo resume, em 4 etapas, os principais estudos necessários (da esquerda para a direita e de cima para baixo): a construção da curva que relaciona vazão no eixo vertical e tempo no horizontal; a delimitação da bacia hidrográfica em estudo; o cálculo da precipitação média na bacia; e a duração do excesso de chuva.

A Figura abaixo apresenta os cálculos usados para a solução do problema. Trata-se de calcular o efeito de três chuvas efetivas sobre uma bacia de 9 km² e a hidrógrafa resultante. O cálculo do Fi-Índex diz respeito à altura de chuva necessária para gerar o escoamento superficial que resultou nas hidrógrafas parciais e final.

Concluindo: aceite o meu convite. Estude Hidrologia. O meio ambiente agradece.

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Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO sábado

CALCULADORA ON LINE PARA VERTEDORES

http://uon.sdsu.edu/onlineveenotch2.php

Vertedores triangulares

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO sexta-feira
Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 13 janeiro 2022 às 18:47

REGIMES DE FLUXO E NÚMERO DE FROUDE

Canal de seção retangular

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 13 janeiro 2022 às 9:26

ESTRUTURAS HIDRÁULICAS PARA VENCER DESNÍVEIS EM CANAIS DE IRRIGAÇÃO

Limites de velocidade em canais. No projeto do canal devem ser respeitados os limites de velocidade, evitando problemas de assoreamento e erosão. Bernardo (1995), recomenda alguns valores máximos para a velocidade média no canal a fim de evitar erosão (Tabela 6). O autor também recomenda valores de velocidade mínima para evitar assoreamento (Tabela 7). (1)

A velocidade elevada em canais, além da erosão, dificulta o manuseio das estruturas, seja pelo arraste de sifões, abertura e fechamento de comportas, sobre-elevação do nível da água nas curvas, aumento das perdas de carga (hf = K*V²/2*g) e outros casos práticos.

Em geral adota-se uma velocidade média na seção de 0,6 a 0,9 m/s quando a porcentagem de silte em suspensão é pequena, e uma velocidade média não inferior a 0,75 m/s para prevenir o crescimento de vegetação (Infante e Segerer, 2010). (2)

A velocidade máxima (Vmáx) permissível é determinada tendo em vista a natureza das paredes do canal. É definida como sendo a velocidade acima da qual ocorre erosão das paredes e do fundo do canal. (3)

Para vencer desníveis em canais de irrigação são usadas dois tipos de estruturas: os rápidos ou as quedas.

Rápido

REF.:

[1] APLICATIVO COMPUTACIONAL PARA DIMENSIONAMENTO DE CANAIS E ESTRUTURAS HIDRÁULICAS, UFLA, Alisson Ziemer, 2003.

http://repositorio.ufla.br/bitstream/1/35853/1/DISSERTAÇÃO_Aplicati...

[2] MANUTENÇÃO EM CANAIS DE IRRIGAÇÃO REVESTIDOS EM CONCRETO, Hugo Luna, UFPE, 2013.

https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/11572/1/DISSERTAÇÃO...

[3] HIDRÁULICA, Hugo Guedes, UFP, Pelotas – RS, 2018.

https://wp.ufpel.edu.br/hugoguedes/files/2018/08/Apostila-Hidráulic...

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 11 janeiro 2022 às 10:12

CÁLCULO DE SIFÃO COM LIMITAÇÃO DE PERDA DE CARGA

Dimensionar um sifão invertido para transportar a vazão de 4,2 m³/s de um canal sob uma estrada principal para aproveitar uma perda de carga de 0,2 m. A velocidade média da água no canal é de 0,85 m/s para uma lâmina d´água de 1,5 m. Grades de proteção foram instaladas na entrada e na saída do sifão, que possui duas curvas. (Adotar n = 0,013, Ki = 0,2, Ko = 0,3, Ks = 0,2 e Kc = 0,05).

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 11 janeiro 2022 às 8:06

SIFÃO INVERTIDO COM 3 TUBOS

Alguns autores recomendam que se projetem os sifões invertidos com três (3) tubulações, uma para cada vazão ou descarga. Segue-se um exemplo de caso na Planilha abaixo.

Perdas de carga:

Curioso que é difícil conseguir no Google uma Tabela de Perdas de Carga Localizadas em canais de irrigação. A de baixo, foi uma das poucas que eu encontrei.

Planta e corte:

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 10 janeiro 2022 às 18:41

CÁLCULO DE SIFÃO INVERTIDO

Sifões invertidos são usados ​​para atravessar o canal de drenagem por um canal. Existem dois tipos de sifões:

  • Sifão raso para cruzar rio raso e largo com pouca pressão e
  • Sifão profundo para atravessar rio profundo com cabeça de alta pressão

Sifão raso: Os sifões rasos são projetados para que o rio ou dreno seja mantido no mesmo gradiente e o canal flui em um conduto sob o leito do rio. Pequenos sifões são frequentemente projetados usando tubos de concreto enquanto grandes sifões são projetados usando anéis de concreto. A velocidade adequada deve ser fornecida para evitar o assoreamento em fluxos baixos. Para canais de irrigação pequenos, uma entrada tipo gota também pode ser usada. Para evitar asfixia por detritos flutuantes, um cesto de lixo é montado a montante do sifão invertido.

Sifão Profundo: Sifões profundos são usados ​​em esquemas de colinas para atravessar o rio em vales profundos. Os sifões são levados para o lado do vale, ancorados por blocos, e depois atravessados ​​o rio no curto vão com Ponte. Devido às altas pressões, os sifões geralmente são feitos de tubos de aço.

Vantagens do sifão

  • Preferido em grandes descargas,
  • Sem problemas de fundação
  • O fluxo de drenagem não afeta a segurança estrutural

Desvantagens do sifão

  • Perda de carga significativa
  • O tubo pode entupir com sedimentos e detritos

Considerações de projeto:

1 - O sifão invertido deve ser projetado para ser o mais curto possível. (2)

2 - Quando um sifão invertido cruza instalações importantes como estrada, rio e ferrovia, o ângulo de intersecção deve ser o mais próximo possível de um ângulo reto.

3 - A cobertura mínima sobre o conduto deve ser de 1 m para rio, ferrovia ou travessia de autoestrada e 0,6 m para estradas de aldeias e valas à beira da estrada.

4 - Para obras de drenagem cruzada, a cobertura mínima deve ser de 1 m e ainda mais se o retrocesso é antecipado.

5 - Cobertura mínima de 0,2 m para cruzar abaixo de um canal revestido e 0,6 m abaixo um canal sem revestimento deve ser fornecido.

6 - A inclinação do conduto não deve ser mais íngreme do que 1:2 nem mais plana do que 1/200.

7 - Para evitar que os sedimentos se assentem no fundo do conduto, um mínimo a velocidade do fluxo deve ser mantida em 1,5 m/s a 2 m/s se a perda de carga permitir. Há quem recomende um mínimo de 0,9 a 1 m/s.

8 - As transições verticais no perfil do leito do sifão não devem ser mais íngremes do que 1:4 na entrada e 1:6 na saída.

9 - Uma curva tangencial deve ser fornecida na entrada, saída e na parte inferior do sifão na mudança de inclinações.

10 - Para estruturas pequenas, são recomendadas transições para trás quebradas. Mas para grandes descargas, é preferível fornecer transição curva, o que reduz a turbulência.

11 – Cálculo das perdas de carga:

hLi é a perda de transição de entrada (m)

hLv é a perda de fricção do conduto (m)

hb é a perda da curvatura (m)

htr é a perda de peso devido ao desnível (m)

hLo é a perda de transição de saída (m)

hLT é a perda total de carga (m)

Cálculos no R

REF.:

[1] Design of Canal Structures – Road Crossing, Drop, Siphon and Elevated Flume, Dep. De Agricultura das Filipinas, 2017.

http://www.bafs.da.gov.ph/bafs_admin/admin_page/pns_file/PNS_BAFS_P...

 

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 5 janeiro 2022 às 9:58

CANAL DE IRRIGAÇÃO EM MEIA CALHA

Formulário

Tabela

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 3 janeiro 2022 às 16:34

OUTRO EXEMPLO DE CÁLCULO COM AQUÍFEROS

Em uma área irrigada, estimou-se que as perdas médias de percolação profunda resultante do excesso de água de irrigação chega a 2 mm por dia. A condutividade hidráulica do aquífero é K = 25 m/d; a espessura do aquífero é H = 25 m. O raio de cada poço é rw = 0,1 m.

Suponha que os poços sejam colocados em um padrão triangular, separados por 1.000 m.  Qual será a taxa de bombeamento necessária de cada poço e qual será o rebaixamento em cada qual ?

Onde: Qr = vazão de bombeamento (m³/d); re = raio de influência do poço (m); h = altura de rebaixamento (m); K = condutividade hidráulica do aquífero (m/d); δh/δr = gradiente hidráulico no aquífero na distância entre poços (adim). A recarga é dada por R (m/d) e a espessura do aquífero, H (m).

Configuração triangular

Cálculos no R

Comentário de JOSÉ LUIZ VIANA DO COUTO em 3 janeiro 2022 às 8:04

USO DE POÇOS EM PROJETOS DE IRRIGAÇÃO

Uma área irrigada de 2.500 ha tem uma necessidade de drenagem anual de 480 mm. O excedente drenável é, portanto, 1,5 mm/d. As horas máximas de funcionamento da bomba por dia são consideradas 15 horas, portanto, o fator de operação do poço tw, é igual a 0,63. (1)

Suponha que, dada a disponibilidade de bombas e peças sobressalentes, e uma política de redução o número de tamanhos de bomba diferentes, foi decidido usar três bombas diferentes capacidades: 100, 200 e 300 m³/h.

De acordo com a Equação abaixo, a área drenada por poço para uma taxa de descarga de 200 m³/h é então:

O número total de poços necessários pode ser encontrado dividindo a área total de drenagem pela área de drenagem por poço. A Equação acima mostra que a taxa de descarga de um poço está diretamente relacionado à área que pode ser drenada por um poço e, portanto, determina o número total de poços necessários. Requisitos de drenagem de pico ocorrendo em períodos mais curtos períodos podem ser atendidos por bombeamento temporariamente mais longo e, portanto, um temporariamente mais alto fator de operação do poço.

Configuração de campo de poço

Para configuração de campo de poço triangular, a distância entre os poços para um taxa de descarga pode ser calculada por:

L = 100*Raiz((3*Aw)/3,14)

e para uma configuração de campo de poço retangular com poços colocados ao longo do principal paralelo drena por:

L = (10.000*Aw)/B

Onde: L = distância entre os poços (m); B = distância entre as linhas dos poços (m).

(B representa os drenos principais e é especificado pelo engenheiro.)

Do ponto de vista da drenagem, o layout de campo de poço ideal é o sistema de grade triangular mostrado na Figura abaixo. Neste sistema, a área de influência de um único poço é um hexágono assemelhando-se aproximadamente a um círculo da mesma área com um raio efetivo, re, igual à tantas vezes a distância entre os poços. Essa configuração, no entanto, tem as seguintes desvantagens:

- Os poços tubulares devem ser conectados ao sistema de drenagem principal por meio de campo drenos, conforme mostrado na Figura abaixo. Para uma grade triangular, o comprimento total necessário desses drenos excede consideravelmente o de poços colocados em uma grade retangular ao longo dos drenos principais conforme mostrado na Figura abaixo;

- O custo de eletrificar uma grade triangular de poços tubulares é maior do que para um layout de linha paralelo aos ralos;

- Trilhas adicionais devem ser construídas nos poços tubulares para permitir o fácil acesso necessário para a manutenção adequada do poço.

Configurações dos poços

1 – Disposição em triângulo:

2 – Disposição em retângulo:

Cálculos com o R:

REF.:

[1] SISTEMA DE DRENAGEM COM POÇOS

tubewell_drainage_systems-wageningen_university_and_research_183177.pdf

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