InfiltraÃ§Ã£o e balanÃ§o hÃdrico - Pliniotomaz.com.br

Infiltração e balanço hídrico<br />

Capitulo 0- Introdução<br />

Engenheiro Plínio Tomaz 25 de junho 2007 pliniotomaz@uol.com.br<br />


Recarga, infiltração, drenagem, noções de hidrogeologia, economia<br />

ecológica.<br />

Engenheiro civil Plínio Tomaz<br />

novembro de 2006<br />

I





Recarga artificial, drenagem, noções de hidrogeologia, economia<br />

ecológica, Regionalização hidrográfica, infiltração em trincheiras<br />

Titulo: Balanço Hídrico<br />

Livro eletrônico em A4, Word, Arial 10, 206p.<br />

junho de 2007<br />

Editor: Plínio Tomaz<br />

Autor: Plínio Tomaz<br />

Revisão: Fabiana Rehse Tomaz<br />

Composição e diagramação: Plínio Tomaz<br />

ISBN: 85-905933-1-2<br />

II




Infiltração e Balanço Hídrico<br />

Recarga artificial, drenagem, noções de hidrogeologia, economia<br />

ecológica, Regionalização hidrográfica, infiltração em trincheiras<br />

Plínio Tomaz<br />

• Balanço Hídrico em pequenas barragens<br />

• Noções de Hidrogeologia<br />

• Infiltração e condutividade hidráulica K<br />

• Drenagem e Recarga<br />

• Carga de sólido no runoff<br />

• Bacia de infiltração com detenção<br />

• Recarga artificial das águas subterrâneas (BMP)<br />

• Economia ecológica<br />

• Regionalização hidrográfica<br />

III




IV




Dedico este livro aos meus amigos ambientalistas de Juiz de Fora e<br />

em especial ao prof. dr. Jorge Antônio Barros de Macedo e do Grupo<br />

Ecológico Salvaterra, que tanto fazem pela nossa nação.<br />

COMUNICAÇAO COM O AUTOR<br />

Engenheiro civil Plínio Tomaz<br />

e-mail: pliniotomaz@uol.com.br<br />

V




Apresentação<br />

Quando trabalhei no DNPM (Departamento Nacional de Produção Mineral) do Ministério de Minas e<br />

Energia em Brasília no cargo de Diretor de Exploração Mineral, tive a oportunidade de ser a primeira pessoa a<br />

adquirir em Fortaleza no mês de novembro de 1996, o primeiro livro brasileiro sobre “Hidrogeologiaconceitos<br />

e aplicações” patrocinado pelo CPRM que também pertence ao Ministério de Minas e Energia.<br />

A hidrogeologia é apaixonante.<br />

Lembro que vim de Brasília para ver uma tese de doutoramento sobre Água Mineral na Faculdade de<br />

Saúde Pública em São Paulo e conversar com o prof. dr. Pedro Mancuso. Enquanto estavam sendo tiradas as<br />

xerox da tese fiquei conversando com o Mancuso e ele me perguntou o que estava aprendendo em Brasília.<br />

Sucintamente relatei o que estava aprendendo sobre hidroquímica, hidrogeologia, geo-estatística, etc.<br />

Imediatamente ele pediu alguns livros de referência e lhe forneci os nomes do Todd, Fetter, Domenico,<br />

Freeze, Hounslow, Brownlow e Sawyer.<br />

Informei-lhe ainda que passei a examinar as análises de água não mais no sentido do engenheiro<br />

sanitarista, mas do hidrogeólogo.<br />

De tudo isto é que acho importante algumas noções básicas de hidrogeologia para os engenheiros<br />

civis, arquitetos, ambientalistas e gestores ambientais.<br />

Este livro faz parte de um tema principal que é o controle da poluição difusa sendo que foram<br />

esquematizados 4 livros que estão sendo publicados separadamente.<br />

1 - Poluição difusa (publicado em papel)<br />

2- Infiltração e Balanço Hídrico (livro digital)<br />

3- Critério Unificado- quantidade e qualidade das águas pluviais (livro digital)<br />

4- Melhoria da qualidade das águas pluviais –BMPs (livro digital)<br />

Neste livro apresentamos informações básicas sobre infiltração, exfiltração, método simplificado do<br />

balanço hídrico.<br />

Os capítulos foram elaborados de modo que possam ser lidos independentes um do outro.<br />

O autor se desculpa pelo excesso de termos em inglês não traduzidos.<br />

Agradeço a Deus, o Grande Arquiteto do Universo, a oportunidade de poder contribuir na procura do<br />

conhecimento com a publicação deste livro.<br />

Guarulhos, e novembro de 2005<br />

Engenheiro Plínio Tomaz<br />

VI




PREFÁCIO<br />

O Prof. Plínio Tomaz é uma pessoa ímpar. É muito interessante o seu modo de pensar: sempre que<br />

está lendo alguma coisa, participando de alguma atividade, conjuntamente está pensando em como irá passar<br />

essas informações para outros, isto é, ele possui um espírito de professor.<br />

Professor é aquela pessoa profundamente curiosa, com sede de aprender, mas primordialmente<br />

pensando no modo em como irá passar essas informações para outros.<br />

Prova disso é seu site na internet, onde podemos encontrar livros virtuais, artigos, teses, enfim uma<br />

série de informações sobre recursos hídricos.<br />

Tenho orgulho em ser amigo dessa pessoa ímpar.<br />

O seu interesse é bastante focado nos recursos hídricos.<br />

A água pluvial como problema a ser “bem resolvido” e como insumo a ser aproveitado. O Prof. Plínio<br />

é um dos grandes batalhadores pelo aproveitamento da água pluvial.<br />

Este livro é mais uma contribuição nesse sentido. O livro trabalha bem os conceitos das soluções<br />

“não-estruturais” para a drenagem urbana.<br />

Recomendo a todos que são preocupados com esse tema.<br />

Prof. dr. SIMAR VIEIRA DE AMORIM<br />

Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de São Carlos<br />

VII




“O Senhor Deus colocou o homem no jardim do Éden para cuidar<br />

dele e cultivá-lo”.<br />

Referência ecológica encontrada em Gênesis 2:15<br />

VIII




SUMÁRIO<br />

Ordem<br />

Capítulos<br />

0 Introdução<br />

1 Balanço Hídrico para pequenas barragens<br />

2 Noções de Hidrogeologia<br />

3 Infiltração e condutividade hidráulica K<br />

4 Drenagem e Recarga<br />

5 Carga de sólido no runoff<br />

6 Regionalização Hidrográfica<br />

7 Características física de uma bacia<br />

8 Economia Ecológica<br />

9 Recarga artificial das águas subterrâneas (BMP)<br />

10 Infiltração de água de chuva de telhado em trincheiras<br />

11 Bacia de Infiltração com detenção<br />

12 Bibliografia e livros consultados<br />

13 Índice Geral<br />

Total= 237p. tamanho A4, Arial, Word 10, outubro de 2006<br />

IX




CURRICULUM VITAE<br />

O engenheiro civil Plínio Tomaz nasceu em Guarulhos e estudou na Escola Politécnica da<br />

Universidade de São Paulo. Fez cursos de pós-graduação na Politécnica e na Faculdade de Saúde<br />

Pública.<br />

Foi superintendente e diretor de obras do SAAE onde se aposentou e depois trabalhou no<br />

Ministério de Minas e Energia.<br />

• Fundador da Associação de Engenheiros e Arquitetos e Agrônomos de Guarulhos em 1967b<br />

• Foi professor de Hidráulica Aplicada na FATEC e na CETESB.<br />

• Atualmente é:<br />

• Diretor de Recursos Hídricos Saneamento e Energia da FAEASP (Federação das Associações<br />

de Engenharia e Arquitetura do Estado de São Paulo)<br />

• Diretor de Recursos Hídricos e Meio Ambiente da ACE-Associação Comercial e Empresarial<br />

• Membro da Academia Guarulhense de Letras<br />

• Assessor especial de meio ambiente da OAB (Ordem dos advogados do Brasil) de Guarulhos<br />

• Conselheiro do CADES- Conselho Municipal de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável<br />

da PMSP representado o CREASP<br />

• Coordenador do Grupo de Trabalho do CREASP sobre Fiscalização em Bacias Hidrográficas<br />

• Membro do Sub-comitê de Bacia Alto Tietê-Cabeceiras<br />

• Presidente do Conselho Deliberativo do Serviço Autônomo de Água e Esgotos de Guarulhos<br />

• Ex-professor da FIG, UNG, FATEC e CETESB<br />

Escreveu 6 livros em papel de engenharia civil<br />

- “Conservação da Água”<br />

- “Previsão de consumo de água”<br />

- “Economia de água”<br />

- “Cálculos hidrológicos e hidráulicos para obras municipais”<br />

- “Aproveitamento de água de chuva”<br />

“Poluição difusa”<br />

Onze livros eletrônicos em acrobat reader disponível gratuitamente na Internet<br />

- Balanço Hídrico 237páginas A4<br />

- BMPs-Best Management Practices 176 páginas A4<br />

- Critério Unificado 327 páginas A4<br />

-- Golpes de aríete em casas de bombas 105 páginas A4<br />

- Análise da qualidade da água de rios e impactos de nitrogênio e fósforo rios e córregos 109páginas A4<br />

- Curso de Manejo de águas pluviais 1019 páginas A4<br />

- Água-pague menos: tratamento de esgotos e reúso 133 páginas A4<br />

-Aproveitamento de água de chuva 250páginas A4<br />

-Paisagismo 168 páginas A4<br />

-Curso de Redes de esgotos 591 páginas A4<br />

-Curso de Redes de água 829 páginas A4<br />

Guarulhos, 03 agosto de 2008<br />

Plínio Tomaz<br />

Consultor Senior<br />

Engenheiro Civil<br />

CREA-SP 0600195922<br />

X

Evapotranspiração e consumo de água no paisagismo<br />

Capitulo 1- Balanço Hídrico em pequenas barragens<br />

Engenheiro Plínio Tomaz 30 de maio de 2006 pliniotomaz@uol.com.br<br />

Capítulo 1<br />

Balanço Hídrico em pequenas barragens<br />

1-1





Ordem Assunto Página<br />

Capítulo 1 - Balanço Hídrico em pequenas barragens<br />

1.1 Introdução<br />

1.2 Conceito de sistema e limite<br />

1.3 Lei da conservação da massa<br />

1.4 Precipitação P<br />

1.5 Runoff Ro<br />

1.6 Vazão Base Qb<br />

1.7 Infiltração “I”<br />

1.8 Evaporação de superfície liquida da represa<br />

1.9 Overflow “Ov”<br />

1.10 Outros “Ou”<br />

1.11 Balanço Hídrico da bacia da área da pequena barragem<br />

1.12 Volume do prisma trapezoidal<br />

1.13 Bibliografia<br />

12 páginas<br />

1-2




Capítulo 1 - Balanço Hídrico em pequenas barragens<br />


As barragens são construídas para controle de enchentes, irrigação, lazer, navegação, produção de<br />

energia elétrica, etc.<br />

A barragem de Sadl el-Kafara, localizada no Egito com 18,6m de altura e construída de terra e pedra é<br />

a mais antiga do mundo datando de 2850 aC. Depois dela temos em 700aC as barragens construídas pelo rei<br />

assírio Senaqueribe.<br />

Figura 1.1- Tipos de barramentos: concreto, gabião e terra<br />

Fonte: DAEE, 2005.<br />

Conforme Portaria 717/1996 do DAEE, Barramento é todo maciço cujo eixo principal esteja num plano<br />

que intercepta um curso d´água e respectivos terrenos marginais, alterando suas condições de escoamento<br />

natural, formando reservatório de água a montante, o qual tem finalidade única ou múltipla.<br />

Os barramentos mais comuns são em terra, concreto e gabião.<br />

Para o presente trabalho consideramos pequenas barragens aquelas com alturas h ≤ 6,00m e volume<br />

Vr ≤ 1.000.000m 3 (na prática para áreas em torno de 100ha os volume não serão maiores que 200.000m 3 ).<br />

O DAEE- Departamento de Águas e Energia Elétrica do Estado de São Paulo adotada o período de<br />

retorno de 100anos para barramentos com alturas iguais ou menores que 5m e comprimento da crista iguais<br />

ou menores que 200m. Adota também borda livre f ≥ 0,50m para pequenas barragens, conforme DAEE, 2005<br />

h≤5m e L ≤ 200m<br />

O objetivo é mostrar metodologia simplificada de aplicação do balanço hídrico de uma lagoa de<br />

detenção alagada ou uma wetland localizada em bacias hidrográficas pequenas que variam de 10ha a 250ha,<br />

para ver o comportamento da mesma durante um determinado tempo.<br />

Em casos especiais, deverá ser feito estudo aprofundado e detalhado do balanço hídrico, com<br />

analises mais rigorosas, conforme recomendado pelo Estado da Geórgia, 2001.<br />

Salientamos que nosso estudo não se destina a outorgas onde se examinam as disponibilidades<br />

hídricas, a demanda, a vazão de retorno e a vazão ecológica ambiental.<br />

1.2 Conceito de sistema e limite<br />

Primeiramente vamos definir o conceito de sistema e limite.<br />

Sistema: é um conjunto de elementos ligados por um conjunto de relações.<br />

Limites: é a definição da fronteira do sistema.<br />

Elementos: são os componentes do sistema que podem ser separados por categorias ou grupos.<br />

1-3




Um sistema pode ser aberto ou fechado. O sistema é considerado aberto quando permite a entrada e<br />

saída de energia e massa e é considerado fechado quando somente entra ou sai energia, mas não massa.<br />

A equação básica do balanço hídrico está baseada na equação da continuidade da massa. Em um<br />

determinado sistema a água que entra ( I ) menos a água que sai ( O ) é igual a variação do volume num<br />

determinado tempo (dS/dt). Um sistema pode ser composto de vários sub-sistemas que na verdade são<br />

novos sistemas em separado, como, infiltração, precipitação, volume de entrada, etc.<br />

O sistema escolhido denomina-se de volume de controle no qual o fluido é tratado como massa<br />

concentrada num ponto do espaço.<br />

1.3 Lei da conservação da massa<br />

Será aplicada a lei da conservação da massa ao volume de controle da Figura (1.1), conforme Estado<br />

da Geórgia, 2001.<br />

Diferença de armazenamento =Entradas – Saídas<br />

ΔV = Σ I – Σ O (Equação 1.1)<br />

Sendo:<br />

ΔV = variação de volume no tempo, que consideraremos de um mês (m 3 ) .<br />

Σ I = somatório dos volumes de água que entram no sistema isolado (m 3 )<br />

Σ O = somatória dos volumes de água que saem do sistema isolado (m 3 )<br />

ΔV =<br />

Σ I – Σ O<br />

ΔV = P + Ro + Qb -I – E- ETo - Ov -Ou (Equação 1.2)<br />


ΔV = variação do volume no tempo de um mês (m 3 /mês)<br />

P = volume precipitado na superfície da água (m 3 /mês)<br />

Ro = volume referente ao escoamento superficial ou runoff da área que cai na represa (m 3 /mês)<br />

Qb= volume referente a vazão base que chega à represa (m 3 /mês)<br />

I = infiltração da água no solo na represa (m 3 /mês)<br />

E = evaporação na superfície líquida da represa (m 3 /mês)<br />

ETo =evapotranspiração de referência na superfície liquida para plantas emergentes da represa (m 3 /mês)<br />

Ov= overflow, isto é, volume que sairá da represa (m 3 /mês)<br />

Ou= volume retirada para outros fins, tal como irrigação (m 3 /mês)<br />

Vamos explicar com mais detalhes cada parâmetro da Equação (1.2), sempre observando que<br />

usaremos o intervalo de um mês.<br />

1.4 Precipitação P<br />

Trata-se da precipitação média mensal em milímetros obtida por pluviômetros na região.<br />

Tabela 1.1- Precipitação média mensal do município de Guarulhos<br />

Meses (mm)<br />

Janeiro 254,1<br />

Fevereiro 251,7<br />

Março 200,9<br />

Abril 58,3<br />

Maio 70,3<br />

Junho 39,0<br />

Julho 30,8<br />

Agosto 24,9<br />

Setembro 75,1<br />

Outubro 137,4<br />

Novembro 130,5<br />

Dezembro 214,7<br />

1487,8<br />

1-4




1.5 Runoff Ro<br />

A precipitação caindo no solo, uma parte se infiltra, outra escoa, formando o escoamento superficial, ou<br />

seja, o runoff. Num curto intervalo de tempo podemos deixar de considerar a evapotranspiração.<br />

Uma parte da precipitação fica aderida as folhas e a superfície impermeável e consideramos então que<br />

10% da precipitação fica retida por aderência e devido a isto que consideramos somente 90% do runoff. Não<br />

consideramos o armazenamento em depressões e conforme o caso poderá ser levada em conta.<br />

Ro= (P/1000) x A x Rv x 0,90<br />


Ro= escoamento superficial ou runoff mensal (m 3 /mês)<br />

P= precipitação do mês (mm)<br />

A= área total da bacia (m 2 )<br />

Rv= coeficiente volumétrico (adimensional)<br />

R v = 0,05 + 0,009 . AI<br />

AI= área impermeável em porcentagem<br />

0,90= coeficiente que leva em conta a aderência de cerca de 1mm de água de chuva, não sendo considerado<br />

as poças de água.<br />

1.6 Vazão Base Qb<br />

A vazão base pode ser levada em conta ou não. Caso queiramos considerar a vazão base,<br />

poderíamos estimá-la usando a vazão Q 7,10 conforme método de Regionalização Hidrográfica de Pallos et al.<br />

Para o caso da cidade de Guarulhos com P= 1500mm/ano localizada na Região Metropolitana de São<br />

Paulo podemos considerar a vazão Q 7,10 de 0,032 L/s x ha.<br />

Verificações empíricas parece nos mostrar que a área de contribuição para formar uma vazão base<br />

deve ser no mínimo de 10ha, sendo que isto já foi recomendado pelo Estado de Ontário, 2003.<br />

1.7 Infiltração “I”<br />

Para infiltração da água no solo usamos Equação (1.3) de Darcy temos:<br />

Q= A x K x G (Equação 1.3)<br />


Q= infiltração (m 3 /dia)<br />

A= área da seção transversal em que a água infiltra (m 2 )<br />

G= gradiente hidráulico (m/m)<br />

K= condutividade hidráulica (m/dia). Estimativa conforme Tabela (1.2).<br />

Na prática podemos adotar para áreas planas o gradiente hidráulico G= 1 e para áreas com<br />

declividade maiores que 4H: 1V gradiente hidráulico G= 0,5.<br />

Tabela 1.2 - Condutividade hidráulica K em função do tipo de solo<br />

Tipo de solo<br />

K<br />

mm/h<br />


m/dia<br />

Areia 210,06 4,96<br />

Areia franca 61,21 1,45<br />

Franco arenoso 25,91 0,61<br />

Franco 13,21 0,31<br />

Franco siltoso 6,86 0,16<br />

Franco argilo arenoso 4,32 0,10<br />

Franco argiloso 2,29 0,05<br />

Franco argilo siltoso 1,52 0,04<br />

Argila arenosa 1,27 0,03<br />

Argila siltosa 1,02 0,02<br />

Argila 0,51 0,01<br />

Fonte: Febusson e Debo,1990 in Georgia Stormwater Manual, 2001<br />

1-5




1.8 Evaporação da superfície líquida da represa<br />

Existe duas evaporações importante, a evapotranspiração do solo com as plantas e a evaporação<br />

somente da superfície liquida.<br />

A evaporação da superfície líquida é geralmente maior que a evapotranspiração onde são consideradas<br />

as plantas.<br />

Para o cálculo da evaporação da superfície líquida usamos o Método de Penman-Monteith original, onde<br />

utilizou-se albedo de 0,08.<br />

Tabela 1.3- Evaporação de superfície líquida pelo método de Penman-Monteith original para o<br />

município de Guarulhos<br />

Meses (mm/mês)<br />

Jan 140<br />

fev 126<br />

mar 130<br />

abr 107<br />

maio 85<br />

junho 73<br />

julho 81<br />

agosto 104<br />

set 108<br />

out 130<br />

nov 139<br />

dez 144<br />

Total= 1367<br />

1.9 Overflow “Ov”<br />

Consideramos a represa como um sistema isolado aberto. Entra água e sai água. O volume de água<br />

liquida sai pelos extravasores e segue adiante. É o overflow.<br />

1.10 Outros “Ou”<br />

Poderá na representa eventualmente ou sistematicamente ser retirado água para irrigação ou outros<br />

fins previstos e que deverá ser levado em conta.<br />

Figura 1.2 - Lagoa de detenção alagada pode ser considerado um sistema aberto para o balanço hídrico.<br />

1-6




1.10 Balanço Hídrico da bacia da área da pequena barragem<br />

Fazemos agora o balanço hídrico, isto é, consideremos o volume total que entra no sistema isolado,<br />

ou seja na represa, menos o volume que sai.<br />

Volume que entra:<br />

1. Runoff= Ro<br />

2. Precipitação=P<br />

3. Vazão base= Qb<br />

Total= Ro + P+ Qb<br />

Volume que sai:<br />

1. Volume de água que evapora= E<br />

2. Volume de água que se infiltra no fundo da represa= I<br />

3. Volume retirado da represa para outros fins= Ou<br />

4. Volume de overflow= Ov<br />

Total= E+I+Ou+Ov<br />

Dica: temos dois volumes, um permanente e outro temporário.<br />

É importante que seja mantido o volume permanente e o ideal seria que o mesmo nunca ficasse a zero, isto é,<br />

a represa nunca secasse.<br />

1.11 Volume do prisma trapezoidal<br />

Conforme Geórgia, 2001 ou Akan e Paine, 2001 o volume prismático trapezoidal é dado pela Equação<br />

(1.4) e Figura (1.3).<br />

V= L.W. D + (L+W) Z.D 2 + 4/3 .Z 2 . D 3 (Equação 1.4)<br />


V= volume do prisma trapezoidal (m 3 )<br />

L= comprimento da base (m)<br />

W= largura da base (m)<br />

D= profundidade do reservatório (m)<br />

Z= razão horizontal/vertical. Normalmente 3H:1V<br />

Figura 1.3 - Reservatório com seções transversais e longitudinais trapezoidal<br />

Fonte: Washington, 2001<br />

Exemplo 1.3<br />

Vamos considerar uma bacia em área residencial que tem A=10ha onde existe um reservatório de<br />

detenção alagada com AS=1007m 2 de superfície. Supõe-se que a vazão de base seja igual a Qb=0,032<br />

litros/segundo x hectare.<br />

A área impermeável é de AI=75% e existe um solo de silte argiloso margoso com condutividade<br />

hidráulica de 4mm/h (0,10m/dia).<br />

Conhecemos a precipitação anual de 1.488mm e a evaporação anual de superfície liquida de<br />

1367mm.<br />

Queremos saber como se comporta o reservatório durante o ano, especialmente nos mês de pouca<br />

chuva e muita evaporação.<br />

Rv= 0,05 + 0,009 x AI= 0,05 + 0,009 x 75= 0,73<br />

WQV= (P/1000) x A x Rv= (25/1000) x 10ha x 10000m 2 x 0,73= 1813m 3<br />

Como o reservatório de detenção alagada tem um reservatório permanente e outro provisório cada<br />

um com 50% de WQv, temos:<br />

1-7




Volume do reservatório permanente= WQv/ 2= 1813/2=906m 3<br />

Volume do reservatório temporário= WQv/2=1813/2= 906m 3<br />

A profundidade adotado para o volume WQv= 1813m 3 total é de 1,80m, sendo 0,90m para o<br />

reservatório permanente e 0,90m para o reservatório temporário.<br />

A área da superfície líquida AS= volume total / 1,80m= 1813/ 1,80= 1007m 2 > 1000m 2 que é a área<br />

mínima adotada de superfície.<br />

Runoff (Ro)<br />

Considerando a bacia de área de 1007m 2 como um sistema isolado, o volume de escoamento<br />

mensal, ou seja, o runoff será:<br />



Ro= escoamento superficial ou runoff mensal (m 3 /mês)<br />

P= precipitação do mês (mm)<br />

A= área total da bacia (m 2 )= 10ha x 10000m 2<br />


AI=75%<br />

R v = 0,05 + 0,009 . AI = 0,05+ 0,009 x 75= 0,73<br />

0,90= coeficiente que leva em conta a aderência de cerca de 1mm de água de chuva, não sendo considerado<br />

as poças de água.<br />

Para o mês de janeiro teremos o runoff de:<br />


Ro= (254mm/1000) x 10ha x 10000m 2 x0,73 x 0,90= 16.582m 3<br />

E assim se faz para os meses restantes até atingir dezembro.<br />

Infiltração:<br />

Para infiltração, admitimos que a condutividade hidráulica para solo franco argilo arenoso o valor<br />

K=0,10m/dia = 4,0mm/h= 100litros/dia x m 2 .<br />

Como se trata do fundo do reservatório supõe-se que 10% da área tem declividade maior que 1:4.<br />

Dados do problema: G=1,0 (plano) e G=0,50 para a declividade maior que (4H:1V).<br />

Usando a Equação (1.8) de Darcy temos:<br />

Q= A x K x G (Equação 1.8)<br />


Q= infiltração (m 3 /dia)<br />

A= área da seção transversal em que a água infiltra (m 2 )<br />

G= gradiente hidráulico<br />

K= 0,10m/dia (condutividade hidráulica)<br />

Área do fundo do reservatório é suposta igual a área de superfície= 1007m 2<br />

90% 0,90 x 1007m 2 = 906m 2<br />

10% 0,10 x 1007m 2 = 101m 2<br />

G=1 e G=0,5 (dados do problema)<br />

Q= A x K x G= 906m 2 x 0,10m/dia x 1,00 + 101m 2 x 0,10m/dia x 0,50= 95,65m 3 /dia<br />

Para o mês de janeiro, que tem 31 dias, teremos:<br />

31 dias x 95,65m 3 /dia= 2.965 m 3 /mês<br />

1-8




Tabela 1.5 - Balanço hídrico de bacia de detenção alagada em Guarulhos<br />

Meses do ano jan fev mar abr mai jun<br />

Número de dias no mês= 31 28 31 30 31 30<br />

Mês 1 2 3 4 5 6<br />

Precipitação média mensal (mm) Guarulhos= 254 252 201 58 70 39<br />

Evaporação média mensal ( mm)= 140 126 130 107 85 73<br />

Volume runoff= 16582 16420 13107 3805 4586 2546<br />

Precipitação na represa= 256 253 202 59 71 39<br />

Evaporação volume (m 3 ) 141 127 131 108 86 73<br />

Infiltração no solo (m 3 )= 2965 2678 2965 2870 2965 2870<br />

Retirada de água constante (m 3 /mês) 0 0 0 0 0 0<br />

Vazão base (m 3 /mês)= 857 774 857 829 857 829<br />

Balanço (m 3 ) volume que entra - volume que sai= 14589 14642 11070 1716 2462 472<br />

Balanço mensal 906 906 906 906 906 906<br />

Tabela 1.6 –Continuação- Balanço hídrico de bacia de detenção alagada em Guarulhos<br />

Meses do ano julho ago set out nov dez<br />

Número de dias no mês= 31 31 31 30 31 30<br />

Mês 7 8 9 10 11 12<br />

Precipitação média mensal (mm) Guarulhos= 31 25 75 137 130 215 1488<br />

Evaporação média mensal ( mm)= 81 104 108 130 139 144 1367<br />

Volume runoff= 2013 1626 4902 8965 8515 14012<br />

Precipitação na represa= 31 25 76 138 131 216<br />

Evaporação volume (m 3 ) 81 105 109 131 139 145<br />

Infiltração no solo (m 3 )= 2965 2965 2965 2870 2965 2870<br />

Retirada de água constante (m 3 /mês) 0 0 0 0 0 0<br />

Vazão base (m 3 /mês)= 857 857 857 829 857 829<br />

Balanço (m 3 ) volume que entra - volume que sai= -146 -562 2760 6932 6398 12042<br />

Balanço mensal 760 198 906 906 906 906<br />

Evaporação:<br />

A evaporação é somente para a superfície da lagoa, visto que a consideramos um sistema isolado.<br />

Trata-se da evaporação de superfície liquida, que geralmente é um pouco maior que a evapotranspiração<br />

ETo.<br />

Em caso de wetlands ou de muita vegetação poderíamos ter considerado uma parte de<br />

evapotranspiração e outra de superfície líquida.<br />

Para o mês de janeiro temos:<br />

Volume evaporado= (3,2/100 x1067mm/1000) x 0,2ha x 10.000m 2 = 68,29 m 3<br />

Precipitação dentro do reservatório<br />


Volume precipitado= (254mm/1000)x 1.007 m 2 = 256 m 3<br />

Retirada de água do reservatório<br />

Não existe nenhuma retirada de água do reservatório, sendo pois a mesma considerada igual a<br />

zero.Poderia haver água retirada de água para irrigação ou outro destino.<br />

Vazão base<br />

Conforme Método da Regionalização Hidrográfica de Pallos et al, a vazão base é calculada<br />

da seguinte maneira para o Estado de São Paulo:<br />

1-9




Vazão média plurianual para Guarulhos= 0,1547 litros/ segundo x ha<br />

Para a vazão Q 7,10 temos:<br />

Q 7,10 = 0,75 x 0,632 x (0,4089 + 0,0332) x 0,1547 litros/segundo x ha= 0,032 litros/segundo x ha.<br />

Para a área de 10ha a vazão base que chega até a bacia alagada será:<br />

Qb= 0,032 L/s x ha x 10ha = 0,32 L/s<br />

Durante 24h, ou seja, 86400 segundos teremos:<br />

Qb= 0,32 L/s x 86400/1000=27,6m 3 /dia<br />

Para o mês de janeiro que tem 31 dias teremos:<br />

Qb= 27,6m 3 /dia x 31dias= 857m 3<br />

Nota:<br />

A vazão base correntemente é muito difícil de ser obtida e se faz a hipótese de Qb=0.<br />

A vazão base é importante para manter a represa sempre com água daí, o usual de usar bacia<br />

alagada em áreas sempre maiores ou igual a 10ha e em alguns casos até acima de 20ha.<br />

Balanço<br />

Fazemos agora o balanço hídrico, isto é, consideremos o volume total que entra no sistema isolado,<br />

ou seja na represa, menos o volume que sai.<br />


Volume que entra:<br />

Runoff= 16582m 3<br />

Precipitação= 256m 3<br />

Vazão base= 857m 3<br />

Total= 17.695m 3<br />

Volume que sai:<br />

Volume de água que evapora= 141m 3<br />

Volume de água que se infiltra no fundo da represa= 2965m 3<br />

Volume retirado da represa para outros fins= 0<br />

Total= 3106m 3<br />

Volume que entra – volume que sai= 17.695m 3 – 3.106m 3 = 14.589m 3<br />

Como o volume permanente da represa tem 1906 3 , então o resto vai ser jogada fora, isto é, será overflow.<br />

Overflow= 14.589m 3 - 906m 3 = 13.683m 3<br />

A represa então armazenará o volume de 906m 3 para o próximo mês, que é o volume permanente<br />

que ficara sempre constante, não ser nos meses de julho e agosto onde o volume chegará respectivamente a<br />

760m 3 e 198m 3 , mas mesmo assim o reservatório não ficará seco.<br />

Caso se queira melhorar o volume permanente uma solução seria impermeabilizar o fundo da represa<br />

com argila impermeável. Fazê-la mais fundo é uma solução, mas as profundidades passarão daquelas<br />

aconselhadas que variam de 0,90m a 1,80m para lagoa de detenção alagada.<br />

1-10




1.12 Custos<br />

O custo de uma bacia de detenção alagada está entre US$18/m 3 a US$35/m 3 e manutenção entre 3%<br />

a 5% do custo total.<br />


Calcular a estimativa de custo de implantação de uma lagoa de detenção alagada com 2000m 3 de volume.<br />

C= 2000m 3 x US$ 30/m 3 = U$ 60.000<br />

Manutenção: 5%<br />

M= 0,05 x US$ 60.000= US$ 3000/ano<br />

1-11




1.13 Bibliografia<br />

-PALLOS, JOSÉ CARLOS F. e THADEU, MARIO LEME DE BARROS. Análise de métodos hidrológicos<br />

empregados em projetos de drenagem urbana no Brasil. ABRH: 1997, 9p. Vitória, Espírito Santo, 16 a 20 de<br />

novembro de 1997.<br />

-ESTADO DA GEORGIA, 2001. Georgia Stormwater Management Manual. August 2001. Volume 1, Volume 2.<br />

1-12

Balanço Hídrico<br />

Capitulo 2- Noções de Hidrogeologia.<br />

Engenheiro Plínio Tomaz 15 de novembro de 2005 pliniotomaz@uol.com.br<br />


Noções de Hidrogeologia<br />

Os rios são ecossistemas abertos em constante interação com o sistema terrestre e a atmosfera circundante.<br />

De acordo com Petts, 2000, os rios devem ser vistos em três dimensões espaciais: longitudinal, lateral e<br />

vertical.<br />

Fonte: Conceitos e Teorias Ecológicas sobre os rios- USP, ESALQ, 13/08/2002- Anderson, Camila, Elisa e Juliana.<br />

2-1






Assunto<br />

Capítulo 2 - Noções de hidrogeologia<br />


2.2 Capilaridade<br />

2.3 Distribuição das águas subterrâneas<br />

2.4 Lei de Darcy<br />

2.5 Limitações da Lei de Darcy<br />

2.6 Transmissividade (T)<br />

2.7 Aqüíferos<br />

2.8 Aqüífero confinado<br />

2.9 Aqüífero não confinado<br />

2.10 Interflow<br />

2.11 Surgência<br />

2.12 Poços rasos<br />

2.13 Tempo de residência<br />

2.14 Aqüíferos regionais, locais e intermediários.<br />

2.15 Vazão base<br />

2.16 Ganho e perda dos rios<br />

2.17 Subsidência<br />

2.18 Infiltração em um canal<br />

2.19 Reservas permanentes e reservas reguladoras<br />

2.20 Reservas permanentes<br />

2.21 Reservas reguladoras<br />

2.22 Reservas explotáveis<br />

2.23 Recarga de aqüíferos<br />

2.24 Hyporheic zone<br />

2.25 Barragens subterrâneas<br />

2.26 Poço tubular profundo<br />

2.27 Área de proteção de poços tubulares profundos<br />

2.28 Contaminação das águas subterrâneas<br />

2.29 Estudos hidrogeológicos<br />

2.30 Aqüífero Guarani<br />

2.31 Aqüífero do High Plains (Grandes Planícies) nos Estados Unidos<br />

2.32 Mini-poços<br />

2.33 Efeito da urbanização nas águas subterrâneas<br />

2.34 Bibliografia e livros consultados<br />

41páginas<br />

2-2




Capítulo 2 - Noções de Hidrogeologia<br />

.<br />


A infiltração é o processo pelo qual a água das chuvas, da neve derretida ou da irrigação penetra nas<br />

camadas superficiais do solo e se move para baixo em direção ao lençol d’água (Rawls, et al in Maidment,<br />

1993).<br />

A infiltração é um fenômeno complexo, difícil de ser determinado com exatidão e que varia no tempo e<br />

no espaço.<br />

2.2 Capilaridade<br />

A capilaridade é muito importante nos solos insaturados, pois, como num canudo de plástico de<br />

refrigerante de raio (r), a água sobe uma altura (h c ), conforme se pode ver na Figura (2.1).<br />

Como se pode ver na Equação (2.1), quanto mais fino é o material, maior é a altura da capilaridade.<br />

A capilaridade é causada por uma combinação de duas forças (Delleur, 1999):<br />

• atração molecular que é responsável pela aderência da água ao solo ou a partículas de superfície<br />

de rocha;<br />

• tensão superficial que se deve a coesão das moléculas de água em direção a outra quando a água<br />

fica exposta ao ar.<br />

A água drenada chama-se água gravitacional, enquanto que a água retida é denominada de água capilar.<br />

A altura crítica h c é fornecida pela Equação:<br />

Figura 2.1 - Subida da água em um tubo capilar<br />

Fonte: Todd, 1980<br />


h c = altura crítica (cm)<br />

r= raio do tubo (cm)<br />

h c = 0,153/r (Equação 2.1)<br />

Tabela 2.1 - Subida da água pela capilaridade em materiais não consolidados<br />

Material<br />

Tamanho do grão<br />

(mm)<br />

Subida da água pela capilaridade<br />

(cm)<br />

Pedregulho fino 5–2 2,5<br />

Areia muito grossa 2-1 6,5<br />

Areia grossa 1-0,5 13,5<br />

Areia média 0,5-0,2 24,6<br />

Areia fina 0,2-0,1 42, 8<br />

Silte 0,1- 0,05 105,5<br />

Silte (conforme Todd) 0,05- 0,02 200,0<br />

Fonte: Todd, 1980.<br />

Pinto et al, 1976 apresenta a profundidade das raízes na Tabela (2.2). Isto é importante, pois pelo<br />

comprimento médio das raízes, podemos verificar até onde as plantas podem retirar a água do solo.<br />

2-3




Tabela 2.2 - Profundidade máxima da raiz das plantas<br />

Plantas<br />

Profundidade máxima da raiz<br />

(m)<br />

Árvores coníferas 0,5 a 1,5<br />

Árvores decíduas<br />

1,00 a 2,0 ou mais<br />

Árvores permanentes (folhas largas)<br />


Arbustos permanentes<br />

0,5 a 2 ou mais<br />

Arbustos decíduos 0,5 a 2<br />

Vegetação herbácea alta<br />


Vegetação herbácea baixa 0,2 a 0,5<br />

Fonte: Pinto et al, 1976.<br />

2.3 Distribuição das águas subterrâneas<br />

Quando a água se infiltra no solo está sujeita a atração molecular ou adesão, tensão superficial ou<br />

efeitos de capilaridade e a atração universal (Pinto et al, 1976).<br />

As águas subterrâneas estão divididas em duas zonas principais, conforme se pode ver na Figura<br />

(2.2):<br />

• zona de aeração ou zona não saturada ou zona insaturada<br />

• zona de saturação<br />

Figura 2.2 - Distribuição da água abaixo da superfície do solo<br />

Fonte: Braga, UNESP<br />

A zona insaturada ou aerada está dividida em três zonas:<br />

• zona de água de uso do solo,<br />

• zona da franja capilar e<br />

• zona intermediária (zona vadosa)<br />

As profundidades das três zonas são bastante variáveis.<br />

Na zona insaturada temos: partículas de água, ar e solo, conforme Figura (2.3).<br />

2-4




Figura 2.3 - Mostra as partículas de água, ar e sólidas de um solo insaturado.<br />

Figura 2.4 - Definição dos termos usados para descrever o movimento na zona insaturada.<br />

Fonte: Dingman, 2002.<br />

Percolação<br />

É o termo geral usado pela descida da água na zona insaturada.<br />

Recarga<br />

É o movimento de percolação da água da zona insaturada para a zona saturada que está abaixo.<br />

Redistribuição<br />

Infiltração é o movimento da água da superfície para o solo e Redistribuição é subseqüentemente o<br />

movimento da água infiltrada na zona insaturada do solo. Ver Figura (2.4).<br />

A palavra “vadosa” vem do Latim e significa “raso”.<br />

Geoquímica<br />

A água subterrânea na zona não saturada e na zona saturada sofre reações químicas orgânicas e<br />

inorgânicas.<br />

Dependendo das diferentes litologias teremos qualidades de água diferentes.<br />

2-5




A importância da geoquímica pode ser encontrada em livros especializados como:<br />

• Physical and Chemical Hydrogeology de Patrick A Domenico e Franklin W.Schwartz<br />

• Geochemistry de Arthur H. Brownlow<br />

• Water Quality Data- Analysis and Interpretation de Arthur W. Hounslow<br />

• Geoquímica e contaminação de águas subterrâneas - Suely S. Pacheco Mestrinho.<br />


Em 1856, estudando a permeabilidade na zona saturada, Henry Darcy concluiu que para um filtro de<br />

área (A) comprimento (L), conforme a Figura (2.5), vale o seguinte:<br />

Q= K x A x (h 1 - h 2 )/L (Equação 2.2)<br />

Q= K x A x G (Equação 2.3)<br />


Q= vazão constante que passa pelo cilindro (m 3 /s; m 3 /dia)<br />

h 1 = carga hidráulica no piezômetro 1 (m)<br />

h 2 = carga hidráulica no piezômetro 1 (m)<br />

z 1 = cota do ponto P 1 (m)<br />


L= distância entre os piezômetros 1 e 2<br />

A= área da seção transversal do cilindro (m 2 )<br />

ΔH= variação da carga hidráulica entre os piezômetros 1 e 2<br />

K= condutividade hidráulica (m/s; m/h; mm/h; m/dia)<br />

G= gradiente hidráulico= (h 1 -h 2 )/L<br />

Figura 2.5 - Esboço esquemático do dispositivo usado por Darcy<br />

Fonte: Hidrogeologia - conceitos e aplicações, 1996, p.37.<br />

É importante salientar que a experiência de Darcy foi feita para a zona do solo saturado e obtido o<br />

coeficiente de condutividade hidráulica da zona saturada (K). Na Tabela (2.3) temos os valores de K em<br />

função do tipo de solo.<br />

Expandindo-se o conceito da lei de Darcy, existe a condutividade hidráulica para a zona não saturada,<br />

cujo valor é inferior ao da condutividade hidráulica da zona saturada. Existe ainda o conceito de condutividade<br />

hidráulica vertical e horizontal, sendo que a condutividade horizontal é maior que a vertical.<br />

Podemos entender a diferença de cargas hidráulicas (h 1 -h 2 ) dividida pelo comprimento L, como sendo<br />

a taxa de perda por unidade de comprimento, o que recebe o nome de gradiente hidráulico (Hidrogeologia<br />

básica, 1996).<br />

2-6




Tabela 2.3 - Condutividade hidráulica (K) em função do tipo de solo<br />

Tipo de solo mm/h m/dia<br />













2.5 Limitações da Lei de Darcy<br />

A lei de Darcy deve ser aplicada quando o escoamento é laminar, o que é usual e cujo número de<br />

Reynolds (Re) é maior que 5 e menor que 60.<br />

5 < Re < 60<br />

Em regiões de solos cársticos (calcáreo) ou em rochas com fraturas de grandes dimensões não pode<br />

ser aplicada a Lei de Darcy.<br />

Quando uma camada de solo tem a condutividade igual em todas as direções o meio é chamado de<br />

isotrópico e, quando há para cada direção um valor de K, então o meio é chamado de anisotrópico.<br />

O meio isotrópico é chamado de homogêneo enquanto que o anisotrópico é chamado de<br />

heterogêneo.<br />

A lei de Darcy pressupõe uma distribuição isotrópica onde a condutividade hidráulica é independente<br />

da direção.<br />

Para aplicação em meio anisotrópico a lei de Darcy pode ser aplicada com um refinamento da<br />

mesma, aplicando as equações tensoriais.<br />

2.6 Transmissividade (T)<br />

A transmissividade (T) corresponde à quantidade de água que pode ser transmitida horizontalmente<br />

por unidade de largura do aqüífero.<br />

T= K x b (Equação 2.4)<br />

T= transmissividade (m 2 /dia; m 2 /s)<br />


b= espessura do aqüífero (m)<br />

2.7 Aqüíferos<br />

Aqüífero é definido por Davis e DeWiest, 1966 in Delleur, 1999 como a formação geológica abaixo da<br />

superfície que fornece água em quantidade suficiente para ser economicamente importante.<br />

Apesar de a definição ser subjetiva, pois engloba aqüíferos de 5,5m 3 /dia até 2700m 3 /dia, ela é usada.<br />

Basicamente existem dois tipos de aqüíferos, conforme a Figura (2.6).<br />

• Confinados e<br />

• Não confinados.<br />

2-7




Figura 2.6- Tipos de aqüíferos. A) aqüífero confinado. B) Aqüífero não confinado (livre)<br />

Fonte: Delleur, 1999. The Handbook groundwater engineering.<br />

2.8 Aqüífero confinado<br />

O aqüífero confinado fica como um sandwich entre duas formações impermeáveis, conforme a Figura<br />

(2.6) parte A.<br />

A água contida fica pressurizada e forma uma superfície piezométrica que fica geralmente no subsolo.<br />

Quando a superfície piezométrica fica acima do solo, um poço profundo pode ter a água saindo naturalmente<br />

sem ação de bomba centrífuga. Teremos então um poço artesiano, cujo nome se deve a região de Artois na<br />

França, onde primeiro se constatou este fato.<br />

2.9 Aqüífero não confinado (livre)<br />

No aqüífero não confinado ou aqüífero livre supõe-se a existência na parte de baixo de uma<br />

formação impermeável, conforme Figura (2.6) parte B.<br />

O nível de água será o lençol freático ou a superfície potenciométrica.<br />

Aquitarde<br />

É uma formação geológica semipermeável, pois apresenta porosidade e permeabilidade<br />

relativamente baixas. São consideradas desprezíveis do ponto de vista de suprimento de água (Mestrinho,<br />

1997).<br />

Aquiclude<br />

É uma formação geológica impermeável e não fraturada, que pode conter água, mas sem condição<br />

de movimentá-la de um lugar para outro, em condições naturais e em quantidades significativas. É um<br />

exemplo extremo de aquitarde.<br />

2-8




Aquifuge<br />

São camadas ou corpos de rochas muito compactadas que apresentam porosidade total e<br />

permeabilidade quase nula, como as rochas cristalinas magmáticas e metamórficas que constituem grande<br />

parte dos embasamentos geológicos, alem dos quartzitos, basaltos e rochas afins, não fraturadas ou<br />

intemperizados.<br />

Pode existir um aqüífero suspenso, conforme Figura (2.7) devido a existência de uma argila<br />

impermeável, o que é comum em regiões glaciais.<br />

Os aqüíferos não confinados são mais vulneráveis a contaminação (Delleur, 1999).<br />

Figura 2.7 - Aqüífero suspenso<br />

Fonte: Delleur, 1999. The Handbook groundwater engineering.<br />

2.10 Interflow<br />

O escoamento da água entre o lençol freático e a superfície é o interflow, conforme se pode ver na<br />

Figura (2.8). Isto acontece em regiões de florestas onde há depósitos de vegetais e a infiltração chega até uns<br />

dois metros abaixo da superfície num prazo muito curto. A água do interflow pode ser conduzida diretamente<br />

ao córrego mais próximo.<br />

Figura 2.8 - Interflow<br />

Fonte: Delleur, 1999.<br />

2.11 Surgência<br />

Na zona não saturada temos a franja capilar e, dependendo da permeabilidade do solo, poderemos<br />

ter surgência (mina d´água) junto aos córregos, conforme Figura (2.9).<br />

Figura 2.9 - Surgência<br />


2-9




2.12 Poços rasos<br />

Os poços rasos, poços freáticos ou poços amazonas têm aproximadamente 1m de diâmetro por até<br />

aproximadamente 20m de profundidade, atingem o lençol freático e param. A palavra “freático” vem do grego<br />

“poço”.<br />

2.13 Tempo de residência<br />

O tempo de residência de uma água subterrânea varia de umas duas semanas até 10.000 anos. Nos<br />

Estados Unidos temos exemplos de aqüíferos onde são extraídos água que data da época do pleistoceno, ou<br />

seja, 600.000 anos atrás.<br />

2.14 Aqüíferos regionais, locais e intermediários<br />

O conceito do tamanho dos aqüíferos foi examinado por Toth in Delleur, 1999 que estabeleceu três<br />

tipos básicos de sistemas de aqüíferos, conforme Figura (2.10).<br />

• Aqüíferos locais;<br />

• Aqüíferos intermediários;<br />

• Aqüíferos regionais.<br />

Figura 2.10 - Aqüífero local, regional e intermediário.<br />


O aqüífero local tem algumas centenas de metros e está próximo das áreas de recarga. As águas são<br />

de boa qualidade, o tempo de residência é curto, variando de algumas semanas a poucos anos. Em geral, a<br />

água possui pouca quantidade de sólidos totais dissolvidos (TDS).<br />

O aqüífero regional geralmente é grande podendo atingir até vários estados como, por exemplo, o<br />

aqüífero Guarani (1,2 milhões de km 2 ) no Brasil, que atinge vários países: Brasil, Paraguai, Argentina e<br />

Uruguai. De modo geral, os aqüíferos regionais possuem uma alta taxa de sólidos totais dissolvidos (TDS) e o<br />

tempo de residência pode atingir milhares de anos.<br />

O aqüífero intermediário possui área maior que alguns km 2 e o tempo de residência é de dezenas de<br />

anos.<br />

Água fóssil é aquela que está a grandes profundidades. Geralmente tem idade geológica muito<br />

grande e contém alta concentração de minerais dissolvidos. Em alguns casos é água salgada com<br />

concentrações muito elevadas que podem chegar a 100.000mg/L e, neste caso, são chamadas de bittern<br />

brines.<br />

2.15 Vazão base<br />

A vazão base foi definida por Hewlett e Nutter (1969) in Guerra e Cunha, 2001 como parte<br />

componente do fluxo canalizado que se mantém durante os períodos secos e são alimentados pela descarga<br />

da água subterrânea residente nos solos e rochas.<br />

A maneira segura de se determinar a vazão base é com dados de campo, construindo um hidrograma<br />

do escoamento de um rio, conforme Figura (2.11). Existem estudos de Linsley, 1982 e outros que mostram<br />

como separar a vazão base em seus componentes.<br />

2-10




. Existem três técnicas básicas para análise da vazão base através de hidrogramas de vazões de rios<br />

e córregos. Quanto a outros métodos existentes não entraremos em detalhes.<br />

• 1- Método da Separação da vazão base<br />

• 2- Método da Análise de freqüência<br />

• 3- Método de Análise de Recessão.<br />

Uma informação importante é saber que nem sempre a vazão base é a recarga. As seguintes<br />

atividades podem alterar o valor da vazão base:<br />

‣ As barragens nos rios alteram os períodos de seca mudando a vazão base. Só não<br />

há alteração quando a área das barragens é menor que 10% da área da bacia.<br />

‣ O bombeamento da água do rio para a agricultura, usos urbanos e industriais.<br />

‣ Transferência de parte de água de rios de uma bacia para outra<br />

‣ O retorno sazonal das águas nas áreas de irrigação.<br />

‣ Mudanças no uso do solo, como corte da mata, reflorestamento que alteram a<br />

evopotranspiração<br />

‣ Extração de água subterrânea suficiente para abaixar o lençol freático ou reverter o<br />

gradiente do lençol perto dos rios.<br />

2.15.1 Método da separação da vazão base<br />

É geralmente um método gráfico e muito usado.<br />

Basicamente pode ser:<br />

1. Valor constante<br />

2. Declividade constante<br />

3. Método côncavo<br />

Existem vários métodos para a separação da vazão base, conforme a Figura (2.11) e, de acordo<br />

com o método usado, os resultados serão diferentes. Também não devemos esquecer que os métodos para<br />

medição de vazão dos rios para se fazer o hidrograma são muito imprecisos.<br />

Figura 2.11 - Vários métodos de separação da vazão base. Método a, b e c.<br />


Vamos explicar somente dois métodos, sendo um da Figura (2.11a) e outro da Figura (2.11c).<br />

2-11




Método côncavo, conforme Figura (2.11a)<br />

A obtenção da vazão base é uma tarefa difícil a ser determinada. O método côncavo é um método<br />

gráfico.<br />

Linsley et al, 1975 citado in Delleur, 1999 obteve a equação:<br />

N= 0,827 x A 0,2 (Equação 2.5)<br />

A= área em km 2 ,<br />

N= número de dias entre o pico da hidrógrafa e o fim do escoamento superficial de uma bacia, conforme<br />

Figura (2.12).<br />

O expoente de A que é 0,2 depende das características da bacia como: vegetação, declividade e<br />

geologia.<br />

A Figura (2.12) mostra a facilidade com que é traçada a linha pontilhada ABC da separação do runoff<br />

e da vazão base.<br />

Primeiramente o ponto C é obtido usando a Equação (2.5).<br />

O ponto B é obtido como um prolongamento da recessão AB até atingir o local onde está o pico no<br />

ponto D.<br />

Figura 2.12 - Figura de uma hidrógrafa mostrando a separação do escoamento superficial da vazão base.<br />

Fonte: Linsley e Franzini, 1992.<br />

Método da declividade constante, conforme Figura (2.11c)<br />

A linha separadora é uma reta pontilhada que tem declividade conhecida, como por exemplo,<br />

0,0037m 3 /s x km 2 /hora. É também um método gráfico.<br />

Método aproximado para obter a vazão base<br />

Uma outra maneira prática de se separar a vazão base é proceder, conforme Figura (2.13). Deve-se<br />

ter o cuidado para determinar o ponto de início e do fim para determinar a linha de separação.<br />

O volume total acima da linha de separação Va representa a componente do volume do escoamento<br />

superficial (runoff) e o volume abaixo Vb representa o volume de contribuição da água subterrânea.<br />

O índice da vazão base (BFI- base flow index) é definido como a razão entre o volume da vazão base<br />

Vv pelo volume do escoamento superficial (runoff) Va.<br />

BFI= Vb / Va (Equação 2.6)<br />


BFI= índice da vazão base<br />

Vb= volume da vazão base obtido no hidrograma<br />

Va= volume do escoamento superficial.<br />

2-12




Figura 2.13 - Técnica de separação da vazão base<br />

Fonte: Water Budget Analysis on a Watershed Basis<br />

Os cálculos devem ser feitos para no mínimo dois anos de medições em determinado local. De modo<br />

geral, o método aproximado superestima a vazão base. O índice da vazão base deve ser sempre usado como<br />

uma primeira aproximação.<br />

Existem casos que possuímos dados para fazer o hidrograma e casos que não temos nenhum dado<br />

disponível e neste caso podemos fazer durante certo tempo algumas medidas ou se basear em alguma<br />

analise regional do índice BFI.<br />

A influência do homem deve ser sempre levada em conta, como por exemplo, irrigação,<br />

bombeamento, sistema de abastecimento de água, descargas de tratamentos de esgotos sanitários, sistemas<br />

de drenagem, etc.<br />

2.15.2 Método de Análise da freqüência<br />

Neste método são usadas as técnicas de estatísticas e existem varias equações para os chamados<br />

“filtros”.<br />

Estimativa de BFI quando não se tem medição<br />

O Departamento do Interior dos Estados Unidos USBR possui estimativa em todo o pais com R 2 =<br />

67%. Não temos conhecimento de estudo semelhante em todo o Brasil.<br />

O valor BFI tem uma relação muito forte com a precipitação média anual e com a declividade da<br />

bacia.<br />

Estudos feitos no Zimbabwe onde existe clima tropical, por Mazwimavi et al no trabalho “Estimation of<br />

Flow Characteristics of Ungauged Basins ” por análise linear de regressão em 52 bacias com áreas de 3,5km 2<br />

a 2.630km 2 com área média de 505,2km 2 em cujos trabalhos foi citado o prof. Dr. Tucci da Universidade<br />

Federal do Rio Grande do Sul achou para médias anuais:<br />

BFI= 0,0003 x P – 0,0414 x Dd + 0,4857 x S 10 com r 2 = 0,73<br />


BFI= índice da vazão base que varia de 0 a 1<br />

P= precipitação média anual (mm) que varia de 554,2mm a 1796,8mm com média de 852mm.<br />

Dd= densidade de cursos de água (km/km 2 ) que varia de 0,2 a 4,9 sendo a média de 2,4 km/km 2<br />

S 10 = declividade de 10% dos pixeis da área. Faz-se uma tabela e acha-se a declividade média de cada pixel.<br />

Depois se constrói uma curva de freqüência cumulativa das declividades médias achadas. A declividade<br />

em porcentagem a ser achada é aquela correspondente a 10% dos pixeis, em que as declividades são iguais<br />

ou menores que 10%.<br />


Calcular para o córrego Água Suja, em Guarulhos, o BFI, sendo dados:<br />

Área da bacia= 3,7 km 2<br />

Comprimento do talvegue= 3,6km<br />

Declividade média do talvegue= 7,59%<br />

Densidade hídrica = 2,1 km/km 2 (estimado)<br />

2-13




80% da área tem declividade > 30%<br />

10% da área tem declividade < 10%<br />

10% da área tem declividade < 0,4% (estimativa)<br />

P=precipitação media anual= 1463mm /ano (Posto Bonsucesso)<br />

BFI= 0,0003 x P – 0,0414 x Dd + 0,4857 x S 10<br />

BFI= 0,0003 x 1463 – 0,0414 x 2,1 + 0,4857 x 0,4= 0,55<br />

De modo geral o BFI é menor que 0,50.<br />

Isto significa que:<br />


BFI= Vb / Va = 0,55<br />

BFI= índice da vazão base<br />

Vb= volume da vazão base obtido no hidrograma<br />

Va= volume do escoamento superficial.<br />

Vb= 0,55 x Va<br />

Para uma chuva de 2h e Tr= 25anos teremos 85,1mm.<br />

Va= 85,1mm<br />

Vb= 0,55 x 85,1mm= 46,8mm que será a vazão base em relação a precipitação.<br />

Notas:<br />

• A vazão base não significa que é a recarga. Pode ser parte da recarga, mas não deve ser confundida<br />

com a recarga.<br />

• A parte separada da vazão base é chamada por Tucci, 2000 de precipitação efetiva, isto é, aquele que<br />

produz o escoamento superficial (runoff).<br />

•<br />

2.15.3 Método da análise da Recessão<br />

Na Figura (2.12) podemos ver a recessão que tem inicio no pico no ponto D e vai descendo até o<br />

ponto C que geralmente é difícil de localizar com precisão.<br />

O método da análise da recessão é antigo e muito usado. Boussinesq o usou em 1877, Horton em<br />

1933 e Boussinesq em 1904.<br />

Os métodos mais conhecidos são: Método de Meyboom, 1961 e de Robaugh.<br />

Explicaremos com mais detalhes o método da analise da recessão de Meybom, 1961 que é muito<br />

usado para se achar a recarga dos aqüíferos subterrâneos..<br />

Método da Recessão Sazonal ou Método de Meyboom, 1961<br />

Um método simples e eficaz é o método de Meyboom, 1961 explicado por Fetter, 1994. Ele fornece a<br />

recarga das águas subterrâneas na bacia e por este motivo é muito usado.<br />

Utiliza basicamente dois anos consecutivos. Usa-se geralmente um gráfico mono-logaritmo com<br />

logaritmo no eixo y conforme Figura (2.14) e (2.1%). Na prática utiliza-se no mínimo 10anos de período de<br />

análise de dados fluviométricos.<br />

2-14




Figura 2.14- Gráfico semi-logaritmo mostrando a hidrógrafa<br />

Fonte: Fetter, 1994<br />


Fonte: Domenico eSchwartz, 1998<br />

A recessão da vazão base está mostrada na Figura (2.14) e (2.15) em linhas pontilhadas. Parte-se da<br />

vazão de pico até a vazão de 0,1 x Qo e une-se a linha pontilhada..<br />

A distância entre o pico Qo e o limite 0,1Qo é o tempo t 1 .<br />

O volume potencial de água subterrânea é Vtp que é fornecida pela equação.<br />

Vtp= Qo x t 1 / 2,3<br />


Vtp= volume potencial da água subterrânea (m 3 )<br />

t 1 = tempo que leva a vazão base de Qo até 0,1Qo (meses)<br />

Qo= Vazão que inicia a vazão base (m 3 /s)<br />

Para o mês seguinte teremos que<br />

Depois que achamos Vtp vamos procurar o valor de Vt usando a seguinte equação:<br />

Vt= Vtp/ 10 (t/t1)<br />

2-15





Vt= volume potencial da água subterrânea (m 3 ) na próxima recessão. Isto é obtido usando o valor t que é o<br />

tempo entre o fim da primeira recessão e o inicio da segunda.<br />

t= tempo entre o inicio da recessão e o fim mesmo e não o valor 0,1xQo.<br />

O valor da recarga será a diferença:<br />

Recarga= Vtp - Vt<br />

Supomos no caso que não há bombeamento para retirada de água ao longo do rio de água que não<br />

retornem para os rios.<br />

Tendo-se o volume de recarga anual médio e tendo a área da bacia podemos achar o valor da<br />

recarga em mm.<br />


O exemplo foi retirado do livro do Fetter, 1994 e conforme Figura (2.14)<br />

Calcular a recarga entre duas recessões consecutivas usando o Método de Meybom, 1961.<br />

Na primeira recessão temos o valor Qo=760m 3 /s que leva 6,3 meses para chegar até 0,1 x Qo.<br />

Vtp= Qo x t1 / 2,3<br />

Vtp= 760 x 6,3meses x 30diasx 1440min x 60s / 2,3= 5,4 x 10 8 m 3<br />

O valor Vt na próxima recessão dura 7,5 meses, isto é, t=7,5meses<br />


Vt= 5,4 x 10 9 m 3 / 10 (7,5/6,3) =3,5 x 10 8 m 3<br />

Para o próximo ano a vazão será Qo=1000m 3 /s e teremos:<br />

Vtp= 1000m 3 /s x 6,3meses x 30diasx1440min/diax 60s/ 2,3= 7,1 x 10 9 m 3<br />

A recarga será a diferença:<br />

Recarga= 7,1 x 10 9 m 3 - 3,5 x 10 8 m3= 6,8 x 109 m 3<br />

Evapotranspiração<br />

Uma outra aproximação que pode ser feita é obter a evapotranspiração usando os dados<br />

fluviométricos de uma bacia com a seguinte equação:<br />

Evapotranspiração= Precipitação – Volume da descarga do rio/ Área da bacia<br />


Seja uma área da bacia com 120km 2 e temos as vazões medias mensais em 21 anos.<br />

Calculamos o Volume da descarga do rio/ área da bacia= 960mm<br />

Supondo precipitação de 1771mm/ano teremos:<br />

Evapotranspiração= 1771mm- 960mm= 811mm/ano<br />

Lembrando que o volume da descarga do rio deverá ser dividido pelo número de anos de dados que temos.<br />

Não levamos em conta a retirada de água do rio e nem os lançamentos.<br />

2-16





Seja uma bacia com 120km 2 que apresenta o hidrograma de vazões médias mensais num determinado ponto<br />

conforme Figura (2.1)<br />

Hidrograma de vazões médias mensais<br />

10<br />

Vazões (m3/s)<br />


1 3 5 7 9Meses 11 13 do ano 15 17 19 21 23<br />

Figura 2.16- Hidrograma de vazões medias mensais de dois anos consecutivos de um rio com bacia de<br />

120km 2 em uma gráfico semi-logaritmo<br />

Tabela 2.1- Vazões medias mensais<br />

Ano Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez<br />

1981 8,06 5,02 5,11 3,76 3,08 3,01 2,68 2,03 1,73 2,41 4,14 4,6<br />

1982 6,76 5,69 7,21 5,23 4,24 3,86 3,1 2,67 2,14 2,62 2,39 4,43<br />

Olhando-se no gráfico achamos Q0=8,06m 3 /s<br />

t 1 =11meses<br />

t=7,6meses<br />


Vtp= 8,06 x 11meses x 30dias x 1440min/dia x60s/ 2,3=99.915.965m 3<br />


Vt= 99.915.965/ 10 (7,6/11) = 20.357.563m 3<br />

Para o próximo ano Q 0 = 6,5m 3 /s e teremos<br />

Vtp= 6,5 x 11 x 30 x 1440 x60/ 2,3= 80.577.391m 3<br />

Portanto, a recarga em dois anos consecutivos será:<br />

Recarga (m 3 )= 80.577.391 –20.357.563= 60.219.828m 3<br />

Como a área da bacia tem 120km 2 teremos:<br />

Recarga (mm)= 60.219.828m 3 x 1000 / (120km 2 x 100ha x 10000m 2 )= 502mm<br />

Assim se a recarga=502mm e se a precipitação média anual for de 1771mm teremos:<br />

Precipitação= evapotranspiração + recarga + escoamento superficial<br />

1771mm= 684mm (calculado) + 502mm +585mm (por diferença)<br />

O escoamento superficial é obtido por diferenças, pois temos a precipitação média anual e a<br />

evapotranspiração.<br />

Supondo que o aqüífero profundo seja rochas cristalinas com fissuras então a recarga nos aqüíferos<br />

fissurais profundos será aproximadamente 3% da precipitação, ou seja, 53mm/ano.(Notar a não influência da<br />

recarga no aqüífero profundo)<br />

2-17




Salientamos que deverá ser utilizado no mínimo serie de dados fluviométricos com 10anos de<br />

duração para se conseguir uma media.<br />

2.16 Ganho e perda dos rios<br />

O rio pode ganhar água subterrânea ou pode perder a sua água por infiltração. Em épocas de chuvas<br />

o rio fornece água para o aqüífero subterrâneo e em época de seca a água subterrânea alimenta o rio,<br />

conforme Figura (2.15).<br />

Figura 2.15 - Ganho e perda nos rios. A) rio ganhando B) rio perdendo<br />


2.17 Subsidência<br />

Um fenômeno que pode acontecer em aqüíferos onde há rebaixamento devido a explotação das<br />

águas subterrâneas, é a subsidência, isto é, o abaixamento do solo.<br />

Conforme Cabral et al, 2006 os valores de subsidência em vários paises estão na Tabela (2.5)<br />

Tabela 2.5- Valores de subsidência registrados em vários paises e regiões do mundo<br />

Localidade Tempo Subsidência<br />

Vale San Joaquim, Califórnia 52anos 8,8m<br />

Vala Las Vegas, Nevada 57anos 2m<br />

Eloy, Arizona 4,57m<br />

Phoenix, Arizona 5,49m<br />

Vale Santa Clara, Califórnia 3,66m<br />

Cidade do México 100anos 15m<br />

Hanói, Vietnam 6anos 0,30m<br />

Jacarta; Indonésia 0,20m<br />

Suzhou, China 14anos 1m<br />

Condado de Yunlin, Taiwan<br />

0,10m/ano<br />

Ojiya, Japão 3anos 0,07m<br />

Kerman, Irã<br />

0,06m/ano<br />

2-18




Fonte: Cabral et al, 2006<br />

Ainda não foram encontrados casos de subsidência por bombeamento em aqüíferos sedimentares no<br />

Brasil. Entretanto em aqüíferos cársticos o Brasil teve vários casos grandes.<br />

Entre eles citamos o de Sete Lagoas em Minas Gerais em 1988, o de Cajamar no Estado de São<br />

Paulo em 1986 e o de Mairinque em São Paulo no ano de 1981.<br />

Em Sete Lagoas foi aberta cratera de 20m de diâmetro por 5m de profundidade em plena área<br />

urbana. Em Cajamar formou-se uma cratera com 31m de diâmetro e 13m de profundidade. Todos estes casos<br />

foram em regiões cársticas.<br />

Consideremos uma unidade de área na horizontal na profundidade Z abaixo da superfície.<br />

A pressão total Pt é dado pelo peso que está acima daquele plano e que é resistido pela pressão<br />

hidrostática Ph e parcialmente pela pressão intergranular Pi, exercida entre os grãos do material:<br />

Pt= Ph + Pi.<br />

Tirando-se o valor de Pi temos:<br />

Pi= Pt - Ph<br />

O decréscimo do nível do lençol freático resulta no decréscimo da pressão hidrostática e o<br />

correspondente aumento da pressão intergranular. Se Pi 1 e Pi 2 são as pressões intergranular antes e depois<br />

da queda do nível do lençol freático ou da superfície piezométrica, a subsidência vertical pode ser calculada<br />

pela equação (Delleur, 1999).<br />

Su= Z x ( Pi 2 – Pi 1 )/ E (Equação 2.7)<br />


Z= espessura do solo (m)<br />

E= módulo de elasticidade do solo (N/cm 2 )<br />

Pi 1 = pressão intergranular antes do abaixamento do nível de água do poço (kPa)<br />

Pi 2 = pressão intergranular depois do abaixamento do nível de água do poço (kPa)<br />

Su= abaixamento, isto é, subsidência (m);<br />

Peso específico da água: γa= 9,81 KN/m 3<br />

Um problema da subsidência é que mesmo que se queira injetar água para voltar a posição original<br />

do solo, há o fenômeno da histerese, isto é, sempre haverá um rebaixamento.<br />

Na Região Metropolitana de São Paulo até o presente não foi constatado nenhum caso de<br />

subsidência devido a poços tubulares profundos, com excessão da cidade de Cajamar, que está localizada<br />

em área cárstica, onde houve ruptura do solo causando grandes danos para a região.<br />

2-19




Figura 2.16 - Exemplo de subsidência. A casa sumiu com o rebaixamento do solo devido a retirada de<br />

água de um poço tubular profundo junto a mesma.<br />


Calcular a subsidência para camada de areia de 60m de espessura. O lençol freático está localizado a<br />

10m de profundidade abaixo da superfície do solo, conforme Figura (2.17).<br />

Calcular a pressão total e a pressão intergranular a 10m de profundidade e no fim da camada de<br />

areia, sendo dados a porosidade n= 0,35; umidade volumétrica θ= 0,08 e o peso específico do solo<br />

γs= 25,5kN/m 3 e o peso específico da água γa = 9,81kN/m 3 .<br />

Figura 2.17 - Problemas devido a subsidência<br />


No lençol freático temos: Pt= Ph + Pi , mas como Ph= 0 então Pt= Pi.<br />

Teremos: Pt= Pi= 10 [(1- 0,35) 25,5 + 0,08 x 9,81]= 173,6 kPa<br />

Pressão no fim da camada de areia:<br />

A pressão total Pt no fim da camada de areia será:<br />

Pt= 173,6 + 50 [( 1-0,35) 25,5 + 0,35 x 9,81]= 1.174 kPa.<br />

A pressão hidrostática Ph será:<br />

Ph= 9,81 x 50 = 490,5kPa<br />

2-20




Como: Pi= Pt – Ph= 1.174kPa – 490,5kPa= 683,5kPa.<br />

Portanto, a pressão intergranular no fim da camada de areia é de 683,5kPa quando o nível do lençol<br />

freático está 10m abaixo da superfície.<br />

Como supomos que haverá um abaixamento do lençol freático de 40m, queremos saber como vai<br />

ficar a pressão intergranular no fim da camada de areia.<br />

A pressão no fim da camada de areia será:<br />

Pt= 50 [(1-0,35) 25,5 + 0,08 x 9,81] + 10 [(1– 0,35) 25,5 + 0,35 x 9,81]= 1.068,1 kPa.<br />

A pressão hidrostática Ph será:<br />

Ph= 9,81 x 10= 98,1 kPa<br />

A pressão intergranular será: 1.068,1kPa – 98,1 kPa= 970,0kPa<br />

O aumento da pressão intergranular devida a queda de 40m no lençol freático será:<br />

970,0kPa – 683,5kPa= 286,5kPa<br />

Cálculo da subsidência em dois trechos:<br />

Primeiro trecho:<br />

Vamos calcular a pressão média. Como a pressão intergranular devido a variação do lençol estar a 10m<br />

abaixo da superfície e passar para 50m abaixo da superfície, tomamos a média:<br />

Média= (286,5kPa + 0)/ 2= 143,25kPa<br />

Usando a Equação (2.10) teremos:<br />

Su= Z x (Pi 2 – Pi 1 )/ E<br />


E= 10.000N/cm 2 = 100000kN/m 2 = módulo de elasticidade da areia<br />

Z=40m que é o abaixamento que houve.<br />

Pi 2 – Pi 1 = 1143,25kPa<br />

Su 1 = 40x ( 143,25)/ 100000= 0,0573m<br />

Segundo trecho:<br />

A subsidência no trecho dos 50m abaixo da superfície até 60m onde termina a areia será:<br />

Su 2 = 10 x 286,5 / 10000=0,0287m.<br />

A subsidencia total será:<br />

Su= Su 1 +Su 2 = 0,0573m + 0,0287m= 0,086m.<br />


Usando ainda dados do Exemplo (2.1) supor a existência de uma camada de 25m de argila abaixo do fundo<br />

da camada de areia, conforme Figura (2.18). O módulo de elasticidade da argila é menor que o da areia:<br />

E= 10000kN/m 2 . Qual será a subsidência total?<br />

Su 3 = 25x286,5/10000= 0,716m.<br />

A subsidencia total será:<br />

S utotal = Su + Su 3 = 0,086m + 0,716m= 0,802m<br />

2-21




2.18 Infiltração em um canal<br />

Usando as hipóteses de Dupuit- Forchheimer, conforme Delleur, 1999, podemos estimar para<br />

aqüíferos não confinados, a vazão infiltrada em um canal, conforme Figura (2.18) .<br />

As hipóteses originais de Dupuit foram feitas em 1863 e as de Forchheimer em 1930.<br />

Figura 2.18 - Infiltração em um canal<br />


Q= 2K Dw [( Di +Hw – 0,5Dw)/(L –0,5Ws)] (Equação 2.8)<br />


Q= vazão infiltrada (m 3 /dia)<br />

Dw= profundidade do lençol freático (m)<br />

Di= altura do fundo do canal até a superfície impermeável (m)<br />

L= distância do eixo do canal até Dw (m)<br />

Ws= largura superficial do canal (m)<br />

Wb= largura da base do canal trapezoidal (m)<br />

K= coeficiente de permeabilidade (m/dia)<br />

Restrição: Di < 3Ws<br />

Exemplo 2.3 - Citado no livro por Delleur, 1999<br />

Estimar a infiltração de um canal com altura Hw= 1,00m, escavado em um solo com condutividade hidráulica<br />

K=2m/dia de maneira que a distância do fundo do canal até a superfície impermeável é Di= 10m. É fornecida<br />

a queda Dw= 0,5m que é observado na distância L- 0,5 x Ws= 400m. Calcular a importância da infiltração.<br />

Q= 2 K Dw [(Di +Hw – 0,5Dw)/(L –0,5Ws)]<br />

Q= 2 x 2 x 0,5[(10 +1,0 – 0,5x 0,5) /400]= 0,05375m 3 /dia= 53m 3 /dia/km<br />

Vamos aplicar a equação de Manning para achar a vazão máxima considerando n= 0,022, declividade<br />

S= 0,0004m/m e Wb= 4m e inclinação dos taludes de 45º.<br />

Q= (1/n) x A x Rh (2/3) x S 0,5<br />

A=5m 2 Rh=5/6,828= 0,732m<br />

Q= 3,692m 3 /s= 318.988m 3 /dia<br />

Em 40km de canal teremos:<br />

Infiltração: 40km x 53m 3 /dia/km= 2120m 3 /dia<br />

Máxima vazão: 318.988m 3 /dia<br />

(2120m 3 /dia/318.988m 3 /dia) x 100= 0,7%<br />

A infiltração em 40km é somente 0,7% e, portanto, muito baixa.<br />

2-22




2.19 Reservas permanentes e reservas reguladoras<br />

Conforme Duarte Costa, 1994 um dos problemas mais controvertidos em hidrogeologia é a conceituação<br />

e avaliação das reservas e dos recursos explotáveis.<br />

As reservas de água acumulada na sub-superfície compreendem duas parcelas:<br />

• reservas permanentes e<br />

• reservas reguladoras.<br />

As reservas permanentes correspondem aos volumes de água acumulados que independem de<br />

variações periódicas ou sazonais, enquanto que as reservas reguladores dizem respeito ao volume de água<br />

renovável a cada período anual ou inter-anual, correspondendo, portanto, à recarga do aqüífero (Projeto de<br />

avaliação hidrogeológica da bacia sedimentar do Araripe, Recife, 1996, DNPM).<br />

As reservas permanentes correspondem as águas subterrâneas, localizadas na zona saturada,<br />

abaixo da posição mínima do nível de oscilação sazonal da superfície potenciométrica do aqüífero livre. As<br />

reservas permanentes são constituídas de dois componentes: volume armazenado sob pressão (aqüífero<br />

confinado) e volume de saturação (aqüífero livre).<br />

Figura 2.19 - Relação entre as reservas e disponibilidades para aqüíferos espessos e rasos<br />

Fonte: Waldir Duarte Costa, Hidrogeologia, 1997.<br />

As reservas totais ou naturais são representadas pelo conjunto das reservas permanentes com as<br />

reservas reguladores, constituindo, assim, a totalidade de água existe num aqüífero ou sistema aqüífero.<br />

As reservas de explotação ou recursos constituem a quantidade máxima de água que poderia ser<br />

explotada de um aqüífero sem riscos de prejuízos ao manancial. As maiores discussões são em relação as<br />

reservas de explotação, cujos conceitos muitas vezes são controvertidos e discutíveis.<br />

Num sistema aqüífero podemos ter duas situações básicas:<br />

• Aqüífero confinado e<br />

• Aqüífero livre<br />

2-23




Os aqüíferos livres são alimentados pelas infiltrações diretas das chuvas que caem sobre as suas<br />

áreas de afloramento e/ou pelas infiltrações induzidas por atividades antropogênicas, tais como: irrigação,<br />

vazamento de redes de distribuição de água, galerias pluviais e/ou coleta de esgotos, enchentes, lagoas de<br />

estabilização de efluentes, etc (Rebouças, 1994).<br />

2.20 Reservas permanentes<br />

As reservas permanentes, também chamadas seculares ou profundas, constituem as águas<br />

acumuladas que não variam em função das precipitações anuais e permitem uma explotação mais<br />

importante, regularizada em períodos de vários anos (Duarte Costa, 1994).<br />

As reservas permanentes podem ter duas situações: aqüífero confinado e aqüífero livre, cujas<br />

equações são as seguintes:<br />

Situação de aqüífero confinado:<br />

Situação de aqüífero livre:<br />

Rp 1 = A . H . S (Equação 2.9)<br />

Rp 2 = A . H . n (Equação 2.10)<br />


Rp 1 = reserva permanente (m 3 )= volume armazenado sob pressão.<br />

Rp 2 = reserva permanente (m 3 )= volume de saturação.<br />

A= área de abrangência do aqüífero (m 2 )<br />

H= espessura do aqüífero (m)<br />

n= porosidade efetiva do aqüífero livre<br />

S= coeficiente de armazenamento (aqüífero confinado)<br />

A reserva permanente Rp será a soma de Rp 1 + Rp 2 .<br />

Rp= Rp 1 + Rp 2 (Equação 2.11)<br />


Calcular a reserva permanente de um aqüífero confinado que tem o coeficiente de armazenamento S= 0,0001<br />

e espessura H= 10m e Área de 8.000km 2 .<br />

Aplica-se então a Equação (2.9):<br />

Rp 1 = A . H . S<br />

(situação de aqüífero confinado)<br />

Para o cálculo da área A, de modo geral, aplica-se a favor da segurança um redutor, como por exemplo, 0,7<br />

onde se supõe que em cerca de 30% da área haja descontinuidade que comprometam a acumulação das<br />

reservas.<br />

Então: A= 8.000km 2 x 0,7= 5.600km 2<br />

H= 10m<br />

S= 0,0001= 1 x 10 –4<br />

Rp 1 = A . H . S= 5.600km 2 x 100ha x 10.000m 2 x 10m x 0,0001= 5,6 x 10 6 m 3<br />


Calcular a reserva permanente de um aqüífero livre que tem porosidade efetiva n= 8%, espessura H= 20m e<br />

área de 8.000km 2 .<br />


Rp 2 = A . H . n<br />

(situação de aqüífero livre)<br />

Para o cálculo da área A, de modo geral, aplica-se a favor da segurança um redutor, como por exemplo, 0,7<br />

onde se supõe que em cerca de 30% da área haja descontinuidade que comprometam a acumulação das<br />

reservas.<br />

Então: A= 8.000km 2 x 0,7= 5.600km 2<br />


n= 0,08<br />

Rp 2 = A . H . n= 5.600km 2 x 100ha x 10.000m 2 x 20m x 0,08= 4,48 x 10 9 m 3<br />

2-24





Calcular a reserva permanente Rp para os dois tipos de aqüíferos: confinado e livre dos Exemplos (2.4) e<br />

(2.5).<br />

Rp 1 = 5,6 x 10 6 m 3<br />

Rp 2 = 4,48 x 10 9 m 3<br />

Rp= 5,6 x 10 6 m 3 + 4,48 x 10 9 m 3 =<br />

Rp= 5,6 x 10 6 m 3 + 4480 x 10 6 m 3 = 4485,6 x 10 6 = 4,4856 x 10 9 m 3<br />


Calcular a reserva permanente de um aqüífero livre que tem porosidade efetiva n= 15%, espessura H= 57m e<br />

área de 140km 2 . Como existe argila supõe-se que temos somente 50% de sedimentos.<br />




Então: A= 140km 2<br />


n= 0,15= 15%<br />

Sedimentos existentes = 50%= 0,50<br />

Rp 2 = A . H . n= 140km 2 x 100ha x 10.000m 2 x 57m x 0,15 x 0,50= 6 x 10 8 m 3<br />

Portanto, a reserva permanente existente é de 600milhões de m 3 .<br />


Calcular a reserva permanente de um aqüífero livre que tem porosidade efetiva n=15%, espessura H=57m e<br />

área de 16km 2 . Como existe argila supõe-se que temos somente 50% de sedimentos.<br />




Então: A= 16km 2<br />


n= 0,15= 15%<br />

Sedimentos existentes= 50%= 0,50<br />

Rp 2 = A . H . n= 16km 2 x 100ha x 10.000m 2 x 57m x 0,15 x 0,50= 6,84 x 10 7 m 3<br />

Portanto, a reserva permanente existente na região de 16km 2 é de 68milhões de m 3 .<br />

2.21 Reservas reguladoras<br />

A alimentação ou recarga do aqüífero é procedida unicamente por infiltração direta das águas de chuvas<br />

e pelos cursos de água existentes.<br />

Há necessidade de se verificar para a quantificação da recarga de infiltrômetros, entretanto raramente<br />

estes dados estão disponíveis. Entretanto existem vários poços tubulares profundos que podem fornecer<br />

elementos importantes para os cálculos da reserva reguladora.<br />

Existem várias maneiras de se calcular as reservas reguladoras (Duarte Costa, 1997).<br />

1 a Vazão de Escoamento Natural (VEN)<br />

VEN= T x i x L (Equação 2.12)<br />


T= transmissividade hidráulica do aqüífero<br />

I= gradiente hidráulico do escoamento<br />

L=comprimento da frente do escoamento considerado.<br />

2 a VEN com porosidade efetiva<br />

VEN= A x Δh x n (Equação 2.13)<br />


A= área de ocorrência do aqüífero<br />

Δh= variação do nível de água<br />

n= porosidade efetiva.<br />

2-25




3 a Cálculo de Δh<br />

O valor Δh quando não se tem dados pode ser obtido através de ΔR= Δh x S. O valor de ΔR pode ser<br />

obtido pelo balanço hídrico.<br />

2.22 Reservas explotáveis<br />

Os recursos explotáveis ou disponibilidade do sistema aqüífero podem ser considerados sob vários<br />

aspectos:<br />

• Disponibilidade potencial do aqüífero;<br />

• Disponibilidade virtual do aqüífero;<br />

• Disponibilidade instalada dos poços e<br />

• Disponibilidade efetiva dos mesmos poços<br />

Disponibilidade potencial do aqüífero<br />

É aquela que considera explotável toda a reserva reguladora, isto é, não acarreta depleção nas<br />

reservas permanentes.<br />

Disponibilidade virtual do aqüífero<br />

É aquela que leva em conta a necessidade de manutenção das descargas de base de rede fluvial da<br />

região, ou seja, a chamada vazão base.<br />

Disponibilidade instalada dos poços profundos<br />

Corresponde ao volume que pode ser captado de água subterrânea a partir das obras já instaladas,<br />

adotando-se a vazão máxima permissível de cada poço e em regime de bombeamento contínuo (24/24h).<br />

Disponibilidade efetiva dos poços profundos<br />

Representa o volume atualmente captado nos poços profundos já instalados, a partir da vazão que<br />

vem sendo usada nos poços e no regime de bombeamento utilizado.<br />

Esta avaliação é bem mais difícil de executar, pois depende de uma avaliação local, ponto a ponto<br />

para determinado momento, pois o regime de explotação constantemente é modificado.<br />

2.23 Recarga de aqüíferos<br />

A recarga artificial de aqüíferos está documentada nos Estados Unidos desde o século 19 quando<br />

começou o stress do suprimento das águas subterrâneas. Duas forças básicas induziram a recarga artificial, o<br />

crescimento da população e foram aplicadas técnicas de inundação para se fazer a infiltração.<br />

Nos ano de 1950 começou a prática na Califórnia de recarga devido à intrusão salina na área<br />

costeira.<br />

A recarga dos aqüíferos numa bacia hidrográfica deve-se a:<br />

• Infiltração direta das chuvas;<br />

• Contribuição do rio e seus afluentes.<br />


Calcular as reservas permanentes e as reservas reguladoras da Região Metropolitana de São Paulo, usando<br />

dados de Rebouças et al, 1994.<br />

Dados:<br />

Área de rochas cristalinas: 2.599km 2<br />

Área de rochas sedimentares: 1452km 2<br />

Área total: 8.051km 2<br />

Espessura média das rochas cristalinas: 50m<br />

Espessura média das rochas sedimentares: 100m<br />

Porosidade efetiva das rochas cristalinas= 3%<br />

Porosidade efetiva das rochas sedimentares= 6%<br />

Precipitação média anual (1964 a 1974): 1520mm<br />

Evaporação real média: 940mm<br />

2-26




Escoamento superficial: 220mm/ano<br />

Escoamento básico: 355mm/ano<br />

Infiltração nas áreas permeáveis (783km 2 )= 661mm/ano (adotado 618mm/ano)<br />

Condutividade hidráulica (varia de 0,001cm/s a 0,000001cm/s)<br />

25%.<br />

As vazões reguladoras foram calculadas com base na área e na taxa de recarga dia em (mm/ano).<br />

A disponibilidade hídrica foi calculada numa fração entre 25% e 50% sendo escolhida a fração de<br />

Tabela 2.6 - Disponibilidade de água subterrânea na RMSP<br />

Domínios<br />

hidrogeológico.<br />

Áreas espessura<br />

média<br />

porosidade efetiva<br />


Armaz.<br />

S<br />

Taxa de recarga<br />


aqüífero<br />

livre<br />

(km 2 ) (m) (%) (mm/ano) (milhões de m 3 )<br />

1 2 3 4 5 6 7<br />

(1)<br />

Rochas cristalinas 6599 50 3 0,001 355 9.898<br />

Rochas sedimentares 1452 100 6 0,001 618 8.712<br />


Fonte: adaptado de Rebouças, 1994.<br />

Tabela 2.7 - Continuação-Disponibilidade de água subterrânea na RMSP<br />

aqüífero<br />

Reserva<br />

Reserva<br />

Disponibilidade<br />

Disponibilidade<br />

confinado<br />

Permanente<br />

Reguladora<br />

especifica<br />

(m 3 ) Milhões de<br />

(m 3 /anos) (milhões m 3 /ano) (m 3 /s) (L/s x km 2 )<br />

(m 3 /ano)<br />

8 9 10 11 12 13<br />

(2) (1) + (2) (3) 25% de (3)<br />

0 9898 2.343 586 18 2,8<br />

145 8857 897 224 7 4,9<br />

Reserva Permanente<br />

18.755 3.240 810 25 7,7<br />

total=<br />

Fonte: adaptado de Rebouças, 1994.<br />

Rebouças salienta que temos aproximadamente 25m 3 /s de água subterrânea disponível na RMSP e<br />

salienta a vulnerabilidade dos aqüíferos e os riscos de poluição dos mesmos. A vazão de água subterrânea<br />

extraída na RMSP conforme ABAS, 2005 é de 8m 3 /s.<br />

2-27




2.24 Hyporheic zone<br />

A hyporheic zone é o volume de sedimentos saturados que estão abaixo ou ao lado do canal de água<br />

onde as águas subterrâneas e as águas superficiais se misturam, conforme Figura (2.17).<br />

A interface entre a água superficial e a subterrânea exerce influência na dinâmica do fluxo de<br />

nutrientes e materiais, no sentido lateral e longitudinal. Os processos ocorridos na hyporheic zone podem<br />

influenciar a qualidade da água superficial, conforme Anderson et al, 2002 da ESALQ.<br />

A hyporheic zone tem sido estudado ultimamente devido a importância para os organismos aquáticos,<br />

incluído peixes, conforme Dingman, 2002.<br />

A hyporheic zone é a dimensão vertical de um rio, sendo as outras duas, uma longitudinal e outra<br />

lateral.<br />

Figura 2.20 - Croquis mostrando a hyporheic zone<br />

2.25 Barragens subterrâneas<br />

Tive oportunidade, sendo Diretor de Exploração Mineral no Ministério de Minas e Energia, de ver os<br />

projetos de barragens subterrâneas elaborados pelo geólogo Waldir Costa da Universidade Federal de<br />

Pernambuco, onde me dei conta da importância das mesmas para o Brasil.<br />

Pesquisei na biblioteca do DNPM - Departamento Nacional de Produção Mineral e constatei que as<br />

primeiras pesquisas feitas no Brasil são do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo - IPT desde<br />

1978, sendo importante os trabalhos de vários geólogos da entidade entre eles: Antônio Manoel dos Santos<br />

Oliveira e seu colega Carlos Alberto Gonçalves Leite.<br />

No Brasil, onde se usa mais barragens subterrâneas, é no semi-árido (parte do nordeste do Brasil) em<br />

locais onde há os chamados rios intermitentes, isto é, durante uma fase do ano ficam sem água.<br />

Geralmente estes rios estão em áreas rochosas onde existe faixa do aqüífero aluvial de uns 100m<br />

com profundidade maior que 2m. Com um comprimento a montante da barragem de 1 km aproximadamente,<br />

pode-se fazer uma barragem no aluvião, podendo a mesma ser feita de argila impermeável ou de lona<br />

plástica com custo muito baixo.<br />

Furam-se poços rasos e retira-se a água para alimentação de casas e aos animais, como também<br />

para plantações. A exportação de melão no nordeste está, na maioria dos casos, em locais onde há barragem<br />

subterrânea.<br />

Os aluviões do rio que possibilitam a barragem subterrânea é a hyporheic zone.<br />

Os usos básicos das barragens subterrâneas, conforme Abreu et al:<br />

2-28




Figura 2.21 - Barragens subterrâneas em paredes de alvenaria ou concreto (A), com lona plástica (B) ou septo<br />

impermeável (argila).<br />

Fonte:Brito et al, 1999<br />

2-29




Figura 2.22 - Assentamento de lona plástica no aluvião para formar a barragem subterrânea<br />

Fonte: Abreu et al - Aspectos da Qualidade em execução de barragens subterrâneas.<br />

Figura 2.23 - Poço amazonas para captar as águas da barragem subterrânea<br />


2-30




Figura 2.24 - Uso da água em barragens subterrâneas<br />


Figura 2.25 - Esquema de uma barragem subterrânea<br />


2-31




2.26 Poço tubular profundo<br />

Tivemos a oportunidade de executar aproximadamente uns 50 poços tubulares profundos em<br />

Guarulhos na profundidade entre 150m a 300m, tanto em região sedimentar como no cristalino, sempre com o<br />

apoio dos geólogos.<br />

A Figura (2.6) mostra o teste de vazão de um poço tubular profundo com 150m de profundidade,<br />

vazão de 50.000litros/hora, diâmetro de 200mm e instalados com filtros Johnson importados no ano de 1968.<br />

O projeto hidrogeológico foi feito pela Planidro e os 4 (quatro) poços foram executados pela firma paulista<br />

Corner SA em 1968 sendo o proprietário na época o Dr. Inal de Carvalho.<br />

A novidade na época era o uso dos filtros Johnson, que tinha sido instalado pela primeira vez em<br />

Guarulhos na Indústria Pfizer, a aplicação da técnica do “desenvolvimento do poço” e o uso de bombas<br />

submersas.<br />

No livro “Água subterrânea e poços tubulares” patrocinado pela Organização Pan-Americana da<br />

Saúde e da Faculdade de Engenharia Federal do Paraná em 1969 já aconselhava a técnica do<br />

desenvolvimento de um poço tubular profundo.<br />

O livro “Poços Profundos” da Faculdade de Higiene e Saúde Pública elaborado pelos professores<br />

Eduardo R. Yassuda, Paulo S. Nogami e Robert de Montrigaud em 1965 já falavam dos filtros Johnson<br />

existentes em Minnesota, Estados Unidos.<br />

Conheci um geólogo, dono da firma Geologhical nos Estados Unidos, estava monitorando os poços<br />

tubulares profundos da indústria Pfizer em Guarulhos. Tinha feito, ano a ano, estudos dos níveis dinâmicos e<br />

estáticos e de vazões dos poços da várzea do Tietê. Alertava-me que, como não havia recarga suficiente, o<br />

que era retirado do subsolo de água era maior do que entrava, e que a região estava caminhando para um<br />

colapso, onde poços que forneciam 50.000 litros/ hora, como os do SAAE (Serviço Autônomo de Água e<br />

Esgoto de Guarulhos), iriam produzir no máximo 6.000 litros/ hora, o que realmente aconteceu mais tarde.<br />

Na verdade estávamos fazendo a mineração da água subterrânea sem nenhum cuidado.<br />

Figura 2.26 - Foto dos engenheiros Plínio Tomaz e Luiz Nelson Peppe examinando o teste de vazão com<br />

compressor de um dos poços tubulares profundos do Jardim Santa Francisca, 1968- Guarulhos. Vazão<br />

achada de 50.000litros/hora.<br />

2-32




Figura 2.27-Foto de 1968 dos engenheiros Plínio Tomaz e Luiz Nelson Peppe notando-se o nome da<br />

firma Corner S.A., e o uso dos filtros Johnson de aço inox.<br />

2.27- Área de proteção de poços tubulares profundos<br />

O estudo da área de proteção de poços tubulares profundos ou surgências é muito importante. O<br />

primeiro estudo que tenho conhecimento data de fevereiro de 1998 e foi feito pelos geólogos Albert Mente e<br />

Waldemir Barbosa da Cruz para o DNPM- Departamento Nacional de Produção Mineral e se intitula “Áreas de<br />

proteção das fontes de águas mineral da região de Lindóia, Águas de Lindóia e Serra Negra” localizadas no<br />

Estado de São Paulo.<br />

Para a datação da água foi usado a determinação de trítio em 23 amostras e elaboradas pela<br />

Universidade de São Paulo, Campus “Luiz de Queiroz”, Centro de Energia Nuclear na Agricultura em<br />

Piracicaba.<br />

A importância da delimitação das áreas de proteção em torno das captações visa preservar e manter<br />

a qualidade da água subterrânea. Foram definidas as seguintes zonas:<br />

• Zona de influência: preferencialmente para a proteção microbiológica cujo trânsito fixado<br />

entre 50dias a 100dias.<br />

• Zona de captação e transporte: que chega até os divisores de água, havendo duas partes, a<br />

zona de captação e a zona de transporte.<br />

Após a aprovação dos estudos dos hidrogeólogos Mente e Barbosa o DNPM viabilizou a Portaria nº<br />

231 de 31 de julho de 1998 que trata das áreas de proteção de fontes de águas minerais.<br />

2-33




DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL<br />

PORTARIA Nº 231,de 31 DE JULHO DE 1998<br />

DOU de 07/08/98<br />

O DIRETOR-GERAL DO DEPARTAMENTO NACIONAL DE PRODUÇÃO MINERAL - DNPM, no<br />

uso das atribuições que lhe confere a Portaria nº 340, de 15 de julho de 1992 e o Decreto de 07 de março de<br />

1996, publicado no D.O.U. de 08 de março de 1996, e atendendo ao que estabelece o Art. nº 12, do Decreto-<br />

Lei nº 7.841/45, de 08 de agosto de 1945, Código de Águas Minerais e considerando que:<br />

Considerando que a grande maioria das Fontes, Balneários e Estâncias de Águas Minerais e<br />

Potáveis de Mesa, naturais, em exploração no país, localiza-se próximo aos centros urbanos, distritos<br />

industriais, atividades agropecuárias, lixões e outros agentes poluentes;<br />

Considerando que a água mineral uma vez poluída, descaracteriza a sua qualificação e que na<br />

maioria das vezes o processo é irreversível;<br />

Considerando, finalmente, que o conhecimento do potencial hídrico subterrâneo da área e o seu<br />

dimensionamento, a sua preservação, a sua conservação e a racionalização do seu uso necessitam de<br />

estudos geológicos e hidrogeológicos de detalhe, estudos esses indispensáveis para a definição da área de<br />

proteção de uma fonte; resolve:<br />

1. Os titulares de Alvarás de Pesquisa de água classificada como mineral e ou potável de mesa,<br />

naturais, e se o seu uso se destine a envase, balneário e estância hidromineral, devem apresentar a área de<br />

proteção de sua fonte, quando da apresentação do Relatório Final dos Trabalhos de Pesquisa;<br />

2. Os concessionários que ainda não dispõem de áreas de proteção, deverão apresentar ao DNPM<br />

a área de proteção de sua fonte no prazo de 365 (trezentos e sessenta e cinco) dias a contar da publicação<br />

da presente portaria;<br />

3. Aprovar a Metodologia de Estudos necessários à definição de Áreas de Proteção de Fontes,<br />

Balneários e Estâncias de Águas Minerais e Potáveis de Mesa, naturais, a seguir discriminada:<br />

3.1. OBJETIVO<br />

Regulamentar de acordo com o que estabelece o capítulo III, artigos 12 a 18 do Código de Águas<br />

Minerais, as ações e procedimentos necessários à definição de áreas de proteção das fontes, balneários e<br />

estâncias de águas minerais e potáveis de mesa em todo o território nacional, objetivando sua preservação,<br />

conservação e racionalização de uso.<br />

3.2. FINALIDADES<br />

Conhecer e definir as condições de ocorrência das fontes de águas minerais e potáveis de mesa;<br />

identificar a situação atual e potencial quanto aos riscos de contaminação e grau de vulnerabilidade frente aos<br />

diversos fatores ambientais e fontes de poluição, e estabelecer, em função destes condicionantes, as medidas<br />

corretivas ou preventivas necessárias á sua proteção e conservação.<br />

3.3. CONCEITUAÇÃO DE ÁREAS OU PERÍMETRO DE PROTEÇÃO<br />

Para efeito desta regulamentação, as áreas ou perímetros de proteção das águas minerais ou<br />

potáveis de mesa, captadas através de poços ou fontes e nascentes naturais, destinam-se à proteção da<br />

qualidade das águas e tem como objetivo estabelecer os limites dentro dos quais deverá haver restrições de<br />

ocupação e de determinados usos que possam vir a comprometer o seu aproveitamento.<br />

Os diversos modos de ocorrência e tipos de sistemas aqüíferos dão origem a condições bastante<br />

diferenciadas no que se refere ao grau de vulnerabilidade ou de riscos de contaminação das águas. Em<br />

conseqüência, torna-se necessário um adequado conhecimento do modelo hidrogeológico local e regional<br />

para a avaliação e delineamento de um plano de controle e proteção.<br />

Na definição de áreas ou perímetros de proteção deverão ser conceituadas três diferentes zonas<br />

segundo suas características hidráulicas: a ZI ou zona de influência; a ZC ou zona de contribuição e a ZT,<br />

zona de transporte.<br />

A zona de influência (ZI) é aquela associada ao cone de depressão (rebaixamento da superfície<br />

potenciométrica) de um poço em bombeamento ou de uma fonte ou nascente natural, considerado aqui como<br />

um afloramento da superfície piezométrica ou freática, equivalente a um dreno.<br />

A zona de contribuição (ZC) é a área de recarga associada ao ponto de captação (fonte ou poço),<br />

delimitada pelas linhas de fluxo que convergem a este ponto.<br />

A zona de transporte (ZT) ou de captura é aquela entre a área de recarga e o ponto de captação. É<br />

esta zona que determina o tempo de trânsito que um contaminante leva para atingir um ponto de captação,<br />

desde a área de recarga. Em geral, este tempo depende da distância do percurso ou fluxo subterrâneo, das<br />

características hidráulicas do meio aqüífero e dos gradientes hidráulicos.<br />

A zona de influência ZI, associada ao perímetro imediato do poço ou fonte, define uma área onde<br />

serão permitidas apenas atividades inerentes ao poço ou fontes e delimita também um entorno de proteção<br />

microbiológica. Suas dimensões serão estabelecidas em função das características hidrogeológicas e grau de<br />

vulnerabilidade ou risco de contaminação de curto prazo. Nesta zona, não serão permitidas quaisquer<br />

2-34




edificações e deverá haver severas restrições à atividade agrícola ou outros usos considerados<br />

potencialmente poluidores.<br />

As zonas de contribuição e de transporte (ZC e ZT) serão estabelecidas objetivando uma segura<br />

proteção para contaminantes mais persistentes, como produtos químicos industriais ou outras substâncias<br />

tóxicas, por exemplo. Sua definição e dimensões serão baseadas em função principalmente das atividades,<br />

níveis e intensidade de ocupação e utilização da terra, levando-se em conta também as estimativas sobre o<br />

tempo de trânsito.<br />

3.4. ESTUDOS E LEVANTAMENTOS<br />

A definição das áreas de proteção deverá ser baseada em estudos e levantamentos prévios,<br />

envolvendo:<br />

a- Caracterização hidrológica e climática.<br />

b- Características hidrogeológicas locais e sua inserção no contexto regional.<br />

c- Características físico-químicas e sanitárias das águas.<br />

d- Caracterização do uso do solo e das águas, com identificação das principais fontes de poluição.<br />

e- Análise das possibilidades de contaminação das fontes e seu grau de vulnerabilidade aos agentes<br />

poluentes.<br />

f- Identificação de medidas corretivas ou preventivas com estabelecimento de um plano de<br />

controle.<br />

g- Definição das áreas de proteção.<br />

3.4.1. Caracterização Hidrológica e Climática<br />

a- Características da drenagem e principais aspectos físicos das bacias hidrográficas.<br />

b- Regime fluviométrico e dados de vazões máximas e mínimas.<br />

c- Principais características climáticas - tipo de clima, regime e totais pluviométricos,<br />

temperaturas e umidade relativa.<br />

3.4.2 - Características Hidrogeológicas<br />

a- Geologia - aspectos litológicos e estruturais da área e sua inserção regional.<br />

Apresentação de base geológica local e situação regional.<br />

b- Identificação e caracterização do(s) sistema(s) aqüífero(s):<br />

b-l = Tipos de aqüífero: local ou regional, granular, fissurado, cárstico, livre, confinado ou<br />

semi-confinado.<br />

b-2 = Sua distribuição e áreas de ocorrência (mapa dos sistemas aqüíferos), condições de<br />

contorno ou limites (impermeáveis ou de recarga).<br />

b-3 = Características hidráulicas (permeabilidade, transmissividade, porosidade efetiva ou<br />

coeficiente de armazenamento).<br />

b-4 = Dados de pontos d’água existentes (fontes, nascentes, poços rasos, poços tubulares).<br />

b-5 = Capacidade específica dos poços e vazões das fontes.<br />

c- Definição do modelo hidrogeológico<br />

c-1 = Superfície piezométrica ou freática.<br />

c-2 = Direções de fluxo ou escoamento.<br />

c-3 = Identificação das áreas de recarga e descarga.<br />

c-4 = Estimativas de infiltração e do tempo de residência das águas.<br />

3.4.3.- Características Hidroquímicas<br />

a- Qualidade química e físico-química - tipos de águas, maiores elementos e traços,<br />

metais pesados, fenóis e outras substâncias orgânicas e tóxicas - Classificação quanto ao Código de Águas<br />

Minerais.<br />

b- Qualidade sanitária - análises microbiológicas.<br />

c- Relações água-rocha e evolução química da água - variações temporais.<br />

3.4.4 - Caracterização do Uso do Solo e das Águas - fontes atuais e potenciais de poluição:<br />

a- Identificação e mapeamento dos principais usos do solo e das águas na área de influência<br />

direta - usos urbanos, industriais, agrícolas e pecuário.<br />

b- Identificação das fontes de poluição ou agentes poluentes - origem, tipos e caracterização de<br />

resíduos e efluentes líquidos.<br />

c- Principais usos das águas superficiais e subterrâneas - doméstico, industrial, agrícola, diluição<br />

de despejos.<br />

3.4.5 - Análise das Possibilidades de Contaminação das Fontes e Grau de Vulnerabilidade:<br />

a- Análise de eventuais interferências e impactos ambientais sobre a quantidade e qualidade das<br />

águas minerais decorrentes do uso e ocupação do solo ou da utilização das águas subterrâneas e<br />

superficiais.<br />

Na análise das possibilidades de interferências ou de impactos ambientais adversos deverão ser definidas<br />

sua importância e magnitude, localização e extensão (pontual, local, regional), duração (temporária ou<br />

2-35




permanente), previsão de incidência dos efeitos (curto, médio e longo prazos) e seu grau de reversibilidade.<br />

b- Análise conjunta de todos esses fatores aliados às condições de ocorrência das águas das<br />

fontes no sentido de definir seu grau de vulnerabilidade aos agentes contaminantes.<br />

3.4.6 - Definição das Áreas de Proteção<br />

Para a definição das Áreas de Proteção, deverão ser utilizados métodos apropriados e adequados<br />

às disponibilidade de informações, das características hidrogeológicas e do nível de intensidade de ocupação<br />

das áreas em estudo, devendo ser apresentado, o memorial descritivo e a planta de situação da área<br />

acompanhada da Anotação de Responsabilidade Técnica - A.R.T.<br />

O DNPM, com base em critérios técnicos, aprovará a delimitação de áreas de proteção, ou<br />

formulará exigências que se fizerem necessárias.<br />

4. Esta Portaria entrará em vigor na data de sua publicação.<br />

2.28 Contaminação das águas subterrâneas<br />

Mestrinho, 1997 salienta a importância que se evite a contaminação ou poluição da água subterrânea.<br />

Quando o contaminante atinge o lençol freático, há a formação da pluma ou nuvem de contaminação que<br />

caminha na direção do fluxo subterrâneo.<br />

As formas de contaminação antrópicas são:<br />

• Intencional<br />

• Acidental<br />

• Clandestina<br />

• Incidental<br />

Deverá ser estudado a vulnerabilidade do aqüífero, já existindo diversos estudos no Estado de São<br />

Paulo. Sugerimos ainda que seja consultado o livro Determinação de riscos de contaminação das águas<br />

subterrâneas do Instituto Geológico de São Paulo Boletim nº 30 de 1993, que teve a participação do geólogo<br />

Ricardo Hirata.<br />

O engenheiro civil formado na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Dr. Nilson Guiger,<br />

especialista em geológica, nasceu em Pirassununga, São Paulo, proprietário da firma canadense Waterloo<br />

Hydrogeologic e autor dos programas de computador denominado Modflow, Flowpath e outros usados em<br />

todo o mundo.<br />

2.29 Estudos hidrogeológicos<br />

A importância dos estudos hidrogeológicos de uma determinada bacia hidrográfica, definirá os<br />

procedimentos e cuidados na abertura de novos poços evitando super-explotação, contaminação do aqüífero,<br />

interferência de um poço com outro, estudo de recarga, etc.<br />

Em 1996 o DNPM elaborou um estudo hidrogeológico da bacia sedimentar do Araripe que cobre uma<br />

área de 11.000km 2 englobando os estados de Pernambuco, Ceará e Piauí.<br />

2-36




2.30 Aqüífero Guarani<br />

Um dos maiores aqüíferos do mundo é o Guarani, sendo que a sua denominação é devida aos índios<br />

que habitaram a região, segundo sugestão do geólogo uruguaio Danilo Anton.<br />

O Aqüífero Guarani abrange o Brasil, Paraguai, Uruguai e Argentina com 1.195.200km 2 sendo que<br />

71% do mesmo estão dentro do Brasil.<br />

Tabela 2.8 - Áreas ocupadas no Brasil pelo aqüífero Guarani<br />

Áreas ocupadas<br />

Área ocupada pelo aqüífero Guarani<br />

(km 2 )<br />

Mato Grosso do Sul 213.200<br />

Rio Grande do Sul 157.600<br />

São Paulo 155.800<br />

Paraná 131.300<br />

Goiás 55.000<br />

Minas Gerais 51.300<br />

Santa Catarina 49.200<br />

Mato Grosso 26.400<br />

Total Brasil 840.000<br />

Paraguai 71.700<br />

Argentina 225.300<br />

Uruguai 58.400<br />

Nele há cerca de 2 mil poços tubulares profundos com profundidades entre 50m e 800m podendo<br />

atingir até 1.800m de profundidade. No Estado de São Paulo temos 1000 poços artesianos no aqüífero que<br />

atingem vazões de até 700m 3 /hora (194 L/s).<br />

Considerando-se espessura média de 250m e porosidade efetiva de 15% as reservas permanentes<br />

são de 45 x 10 15 m 3 , ou seja, 45 milhões de km 3 . A recarga anual natural é de 16 x 10 10 m 3 , ou seja,<br />

160km 3 /ano sendo que pode ser explorado 4 x 10 10 m 3 , ou seja, 40km 3 /ano sem riscos para o aqüífero<br />

podendo abastecer 548 milhões de habitantes a quota per capita de 200litros/dia. As águas são de boa<br />

qualidade.<br />

Nas últimas pesquisas que foram feitas constatou-se:<br />

‣ O aqüífero Guarani não é continuo como se suponha, havendo vários aqüíferos um próximo<br />

do outro e separados.<br />

‣ A reserva renovável é menor, tem 35 milhões de km 3 e não 45 milhões de km 3 .<br />

‣ A qualidade da água não é a mesma em todo o aqüífero, pois no Paraná a maioria da água é<br />

salobra.<br />

Tudo isto mostra que são necessárias mais pesquisas para o conhecimento perfeito do aqüífero<br />

Guarani.<br />

A área de recarga de 150.000km 2 é constituída de sedimentos arenosos na Argentina e Uruguai e<br />

arenito Botucatu no Paraguai, Uruguai, Argentina e Brasil.<br />

Na parte brasileira do aqüífero Guarani as reservas de água estão estimadas em 48.000km 3 sendo<br />

que as recargas naturais são de 118.000km 3 de afloramento da ordem de 26km 3 /ano. O tempo de renovação<br />

do aqüífero Guarani é de 300anos contra 20mil anos da Grande Bacia Artesiana da Austrália, por exemplo,<br />

conforme Rebouças.<br />

No Brasil o Aqüífero Guarani está nos Estados de: São Paulo, Rio Grande do Sul, Santa Catarina,<br />

Paraná, Mato Grosso do Sul e Minas Gerais.<br />

O aqüífero Guarani é maior que o aqüífero dos Grandes Planícies onde se encontra a famosa<br />

Formação Ogalalla nos Estados Unidos que toma vários estados americanos.<br />

Atualmente cerca de 15milhões de habitantes usam a água do Aqüífero Guarani nos quatro países.<br />

Pode ser abastecido pelo mesmo cerca de 500 milhões de habitantes.<br />

A água de poços artesianos pode ser usada para agricultura e os aqüíferos profundos podem produzir<br />

água quente para combater as geadas ou para consumo em chuveiros e aquecedores evitando a energia<br />

elétrica. A temperatura nos poços em grande profundidade varia de 46ºC a 52ºC.<br />

Na Região Metropolitana de São Paulo usa 63m 3 /s de água potável com água que vem desde o sul<br />

de Minas Gerais a mais de 100km de distância da capital com perda de água distribuída em torno de 45%.<br />

Engenheiros e geólogos da Sabesp fizeram um cálculo para fazer 100poços artesianos com vazão de<br />

50 litros/segundo cada em São Paulo perto das cidades de Itatinga e Itirapina que fica aproximadamente<br />

2-37




190km da capital e 50km antes da cidade de São Carlos, podendo ser enviado para a capital de São Paulo<br />

5m 3 /s para abastecer 1.800.000habitantes no consumo médio diário de 200 litros/habitante x dia a um custo<br />

de 1,2 bilhões de reais. Bastante caro.<br />

Na cidade de Ribeirão Preto os agrotóxicos estão começando a contaminar o Aqüífero Guarani motivo<br />

que levou os quatro paises ao Projeto de Proteção Ambiental e Desenvolvimento Sustentável do Sistema<br />

Aqüífero Guarani contanto com apoio do Banco do Mundial.<br />

No Estado de São Paulo existem 200 empresas registradas que fazem poços artesianos e 300<br />

clandestinas.<br />

Na RMSP existe em operação 3.000 poços tubulares profundos, sendo 300 na bacia do rio Baquirivu-<br />

Guaçu que possui o graben Cumbica, que é o último aqüífero de grande produtividade na Região<br />

Metropolitana de São Paulo.<br />

A vazão da água subterrânea extraída na RMSP é de 8m 3 /s.<br />

Somente no Estado de São Paulo as reservas disponíveis de água subterrânea são de<br />

aproximadamente 152m 3 /s.<br />

Figura 2.28 - Localização do aqüífero Guarani<br />

Figura 2.29 - Perfil do aqüífero Guarani em São Paulo<br />

Figura 2.30 - Área de recarga do Aqüífero Guarani em São Paulo<br />

2-38




Figura 2.31- Área de recarga do Aqüífero Guarani na América do Sul<br />

2. 31 - Aqüífero do High Plains (Grandes Planícies) nos Estados Unidos<br />

Nos Estados Unidos existem 10 grandes aqüíferos, sendo o principal o aqüífero High Plains, muito<br />

conhecido pela formação Ogallala.<br />

O aqüífero Ogallala tem cerca de 1200km de comprimento por uns 600km de largura indo do norte ao<br />

sul dos Estados Unidos na parte Oeste, abrangendo oito estados do Colorado, Kansas, Nebraska, New<br />

México, Oklahoma, South Dakota, Texas e Wyoming conforme Fetter, 1994 com área estimada de<br />

720.000km 2 , menor portanto que o aqüífero Guarani.<br />

A formação Ogallala que é a principal unidade hidrogeológica consiste basicamente em aluvião.<br />

A recarga é feita pelas precipitações que variam de 410mm/ano a 710mm/ano. A evapo-transpiração<br />

varia de 1520mm/ano a 2670mm/ano.<br />

A recarga anual varia de 0,61mm/ano até 150mm/ano.<br />

A porosidade específica varia de 5% a 30% sendo a média de 15%.<br />

A condutividade hidráulica varia de 7,6m/dia a 18m/dia.<br />

A água subterrânea se desloca do oeste para leste na velocidade de 0,3m/dia sendo a descarga em<br />

surgências e córregos.<br />

A profundidade do aqüífero varia de 60m a 305m.<br />

Antes do desenvolvimento havia disponível 4,22 x 10 12 m 3 de água armazenada em todo o aqüífero.<br />

Em 1978 existiam 170.000 poços tubulares profundos bombeando 2,84 x 10 10 m 3 /ano. Em algumas<br />

áreas o bombeamento anual é 2 a 100 vezes maior que a recarga anual.<br />

O volume armazenado no aqüífero Ogallala já decresceu de 2,05 x 10 11 m 3 /ano, principalmente na<br />

região do estado do Kansas e Texas. Ainda restam no aqüífero Ogallala 4 x 10 12 m 3 que podem ser retirados,<br />

mas a profundidade cada vez maior, aumentando os custos.<br />

A maioria da água é retirada para irrigação e para o consumo doméstico.<br />

2-39




Figura 2.32 - Localização do aqüífero do High Plans que ocupa 8 estados (USA) onde está a famosa<br />

formação Ogallala<br />

2.32 Mini-poços<br />

Na Região Metropolitana de São Paulo (RMSP) surgiu a partir de 1995 um novo tipo de captação de<br />

água, denominado de mini-poço.<br />

Trata-se de um poço tubular com comprimento raramente superiores a 50m, escavado em zona<br />

sedimentar e com diâmetros de 4” a 8”. Produzem vazões de 500litros/hora até 2.000litros/hora, conforme<br />

Plano da Bacia Hidrográfica do Alto Tietê de abril de 2001.<br />

Estudos da Bacia do Alto Tietê de 2001 apresentam em operação na época 13.000 poços na RMSP<br />

sendo 12.000 poços tubulares profundos normais e 1.000 mini-poços com vazão média de 700litros/hora.<br />

Complementando ainda as informações, das 39 empresas cadastradas, 55% trabalham exclusivamente com<br />

poços denominados mini-poços.<br />

O mesmo é feito por leigos e a instalação completa, incluso perfuração bombeamento sistema air-lift,<br />

isto é, com compressor é de aproximadamente R$ 3.500,00.<br />

São executados sem autorização ou outorga como se fosse um poço raso comum.<br />

2-40




2.33 Efeito da urbanização nas águas subterrâneas<br />

Nas áreas urbanas o efeito da urbanização mais freqüente é o abaixamento do lençol freático, sendo<br />

freqüente a citação de varias cidades do México.<br />

A cidade de Querétaro cujo abaixamento devida ao excesso de retirada de água subterrânea (superexplotação)<br />

causou um abaixamento de 3,5m /ano.<br />

Devido aos solos aluviais houve uma subsidência diferencial de 0,4m a 0,8m, causando sérios danos<br />

a estruturas, conforme http://www.unep.org/DEWA/water/groundwater/pdfs/Groundwater_INC_cover.pdf,no<br />

artigo “Groundwater and susceptibilty to degradation” publicado em 2002 e acessado em 21 de janeiro de<br />

2006.<br />

Entretanto atualmente tem surgido alguns problemas novos, sendo um deles o alteamento do lençol<br />

freático, como aconteceu em Trafalgar Square em Londres.<br />

Desde 1900 o lençol freático em Londres estava 60m abaixo e atingiu 100metros abaixo do solo, mas<br />

a partir de 1967 o nível do mesmo começou a subir 1,5m /ano estando hoje a uns 50m abaixo somente,<br />

portanto o nível do lençol freático subiu mais ou menos uns 10m acima do nível de 1900. Isto tem causado<br />

enormes problemas como de engenharia nas fundações dos prédios e a elevação de poluentes.<br />


Figura 2.33- Subida do lençol freático em Trafalgar Square em Londres<br />

Fonte: http://www.unep.org/DEWA/water/groundwater/pdfs/Groundwater_INC_cover.pdf,no acessado em 21 de janeiro de<br />

Isto também aconteceu na cidade de Riyadh, capital da Arábia Saudita, onde devido a vazamentos de<br />

redes de água potável, irrigação mal feita, vazamentos de redes de esgotos e infiltração da chuva, aumentou<br />

o lençol freático a nível sem precedente causando o que se chama o paradoxo hidrológico do semi-árido.<br />

Em Moscou a recarga praticamente triplicou.<br />


- CABRAL, JAIME FOAQUIM DA SILVA PEREIRA, et al. Bombeamento intensivo de água subterrânea e<br />

riscos de subsidência do solo. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, volume 11, numero 3, julho a<br />

setembro de 2006.<br />

2-41

Impacto do nitrogênio e do fósforo em lagos e córregos<br />

Engenheiro Plínio Tomaz 4 de fevereiro 2007 pliniotomaz@uol.com.br<br />


3-1



Capitulo 3-Impacto do nitrogênio e fósforo em lagos e córregos<br />


Vamos expor suscintamente o impacto do fósforo e do nitrogênio em lagos em rios. As cargas de fósforo<br />

e nitrogênio, por exemplo, podem ser estimadas em um lago, pois são levadas pelo escoamento superficial<br />

das chuvas e das águas subterrâneas.<br />

Apresentaremos ainda o método Simples de Schueler que é muito usado em poluição difusa devido a sua<br />

facil aplicabilidade.<br />

3.2 Impacto do nitrogênio<br />

O impacto do nitrogênio numa determinada área é muito importante. Na Baia de Buttermilk em<br />

Massachusetts, Estados Unidos com área de 212ha foi determinado por uma comissão em 1990, que a taxa<br />

de nitrogênio anual não poderia passar de 52.490g/ano, pois adotada a taxa máxima de 0,24mg/L de<br />

nitrogênio para que fosse diminuida a quantidade de algas na região.<br />

Volume de água de recarga= 218.709.000m 3 /ano<br />

0,24g/m 3 x 218.709.000m 3 /ano / 1000=52.490kg<br />

Para estimativa assumimos que o efluente tratado de esgotos sanitários tenha 40mg/L de nitrongênio e<br />

que a cota per capita seja de 208 litros/dia x habitante. Na prática o nitrogênio varia de 25mg/L a 45mg/L.<br />

Sistemas mecanizados de tratamento de esgoto sanitario conforme EPA, 2002 poderão obter<br />

concentrações baixas de nitrogênio de 10mg/L a 25mg/L.<br />

Qualquer construção que seja feita na região os efluentes nao poderão ultrapassar a carga anual de<br />

nitrogênio de 52.490kg/ano.<br />

Na Tabela (3.1) está uma aplicação prática do assunto:<br />

Tabela 3.1- Cargas de nitrogênio na Baia de Buttermilk, Massachusetts<br />

Ordem Fonte do nitrogênio Unidade Padrão<br />

Mass.<br />

1 Tanque séptico e kg N/pessoa x ano 3,02<br />

vala de infiltração 208 litros/dia x hab- kg/pessoa/ano<br />

40mg/L<br />

2 Fertilizante no gramado kg N/ha x ano 46,00kg/ha<br />

457mm/ano<br />

3 Atmosfera<br />

kg N/ha x ano 3,41 kg/ha<br />

0,3mg/L<br />

4 Runoff no pavimento kg N/ha x ano 21,00kg/ha<br />


1016mm/ano runoff<br />

5 Runoff no telhado kg N/ha x ano 7,50 kg/ha<br />


1016mm/ano runoff<br />

6 Fertilizante em árvores pequenas kg N/ha x ano 790kg/ha<br />

Fonte: USEPA, 2002<br />

Quantidade (kg/ano) (%)<br />

8708 26298 70,68<br />

128 5888 15,82<br />

212 723 1,94<br />




Total (kg N/ano)= 37209 100,00<br />

Uma das dificuldades para se avaliar o impacto do nitrogênio é determinar com precisão a recarga<br />

anual de água subterrânea.<br />

Geralmente não se admite mais de 10mg/L de nitrato devido a doença azul de bebês que é a<br />

methemoglobinemia. É a redução da habilidade do sangue de carregar oxigênio e causa problemas na<br />

gravidez.<br />

3.3 Impacto do fósforo<br />

A Tabela (3.2) fornece a quantidade de fósforo por km 2 e por ano de vários tipos de áreas, como<br />

áreas urbanas, florestas, precipitações e áreas rurais.<br />

Existe a influência do tipo de solo e das declividades. Assim partículas mais finas e terrenos com<br />

maiores declividades terão maior aporte de fósforo.<br />

3-2



Tabela 3.2-Estimativas de exportação de fósforo de acordo com varios tipos de áreas<br />

Fósforo<br />

kg/haxano<br />

Fonte de fósforo Alto Médio Baixo<br />

Área urbana 5,0 0,8 a 3,0 0,5<br />

Área rural ou<br />

3,0 0,4 a 1,7 0,1<br />

agrícola<br />

Florestas 0,5 0,1 a 0,3 0,0<br />

Precipitações 0,6 0,2 a 0,5 0,2<br />

3.4 Impacto do nitrogenio e do fosforo<br />

Marsh, 1997 apresenta para estimativa da carga de nitrogênio e fósforo para os Estados Unidos a<br />

seguinte Tabela (3.3).<br />

Tabela 3.3- Carga anual média de nitrogênio e fósforo<br />

Uso do solo ou cobertura Nitrogênio Fósforo<br />

(kg/ha/ano)<br />

(kg/ha/ano)<br />

Florestas 4,40 0,085<br />

Quase uma floresta 4,50 0,175<br />

Quase área urbana 7,88 0,300<br />

Quase área agrícola 6,31 0,280<br />

Area agricola 9,82 0,310<br />

Area mista 5,52 0,185<br />

Campo de Golf 15,00 0,410<br />

Fonte: Marsh, 1997<br />

A média de 5,1kg/ha x ano de nitrogênio total foi achada por Lewis, et al, 1999 em várias florestas<br />

praticamente intocadas, como a da rio Amazonas e do rio Negro. Do nitrogênio total 50% é nitrogênio<br />

organico e ous outras 50% é inorgânico. Do nitrogênio inorgânico 20% é amônia e 80% é nitrato.<br />

Isto mostra que a Tabela (3.3) no que se refere a floresta pode ser aplicada para o Brasil.<br />

Marsh, 1997 define os usos ou cobertura dos solos:<br />

‣ Area de floresta quando tem mais de 75% da area coberta com florestas<br />

‣ Area quase uma floresta: quando a area coberta por floresta estiver entre 50% a 75%<br />

‣ Area agricola quando mais de 75% da area é usada na agricultura<br />

‣ Area quase urbana: qquando a area tem desenvolvimento mais de 40% ocupado por residências,<br />

comércio, indústria e institucional.<br />

‣ Area mista: quando tem por exemplo, 25% de area urbana, 30% de area agricula e 45% de area de<br />

florestas.<br />

Tendo-se as áreas podemos estimar as cargas de nitrogênio e fósforo que irao cair em um rio ou um<br />

lago. Não esquecendo que serve somente para uma estimativa.<br />

Marsh, 1997 recomenda para os Estados Unidos 0,28kg de fósforo/ano por casa e 10,66 kg/de<br />

nitrogênio por casa por ano.<br />

Lembremos que as cargas presentes nas precipitações já estão inclusas.<br />

Marsh, 1997 apresenta ainda a Tabela (3.4) onde estão os níveis representativos de fósforo e<br />

nitrogênio em vários corpos de agua dos Estados Unidos.<br />

3-3



Tabela 3.4- Niveis representativos de fósforo e nitrogênio em corpos de água nos Estados<br />

Unidos<br />

Água<br />

Fósforo total<br />

PT (mg/L)<br />

Nitrogênio total<br />

NT (mg/L)<br />

Água da chuva 0,01 a 0,03 0,1 a 2,0<br />

Agua nos lagos com problemas de algas 0,80<br />

Aguas pluviais urbanas 1,0 e 2,0 2,0 a 10<br />

Escoamento superficial na agricultura 0,05 a 1,1 5,0 a 70<br />

Efluente de plantas de tratamento secundário de<br />

esgotos sanitários<br />

5 a 10 >20<br />

Fonte: Marsh, 1997<br />


Seja um loteamento com 2,83km 2 com 1,66km 2 de lotes residenciais, 0,19km 2 de gramados e 0,98km 2 de<br />

campo de golfe. Há 1600 casas que possuem tratamento de esgotos isolados.<br />

Os cálculos estão na Tabela (3.5)<br />

Tabela 3.5- Cálculo da carga anual média de nitrogênio e fósforo<br />

Nitrogênio Nitrogênio<br />

(m 2 ) (ha) (km 2 ) (kg/km 2 /ano) (kg)<br />

Lotes residenciais 1.657.751 166 1,66 552 915<br />

Campo de Golfe 983.417 98 0,98 1.500 1.475<br />

Paisagismo 192.117 19 0,19 440 85<br />

quantidade<br />

kg/nitrogênio/ano<br />

Casas 1.600 10,66 17.056<br />

19.531<br />

Portanto, teremos praticamente 19.531kg/ano de nitrogênio total<br />



(m 2 ) (ha) (km 2 ) (kg/km 2 /ano) (kg)<br />

Lotes residenciais 1.657.751 166 1,66 18,5 31<br />

Campo de Golfe 983.417 98 0,98 41 40<br />

Paisagismo 192.117 19 0,19 8,5 2<br />

quantidade<br />

kg/fósforo<br />

Casas 1.600 0,28 448<br />

521kg<br />

Portanto, teremos praticamente 521 kg/ano de fósforo total<br />

Na Tabela (3.6) estao os poluentes tipicos em areas urbanos elaborados por Burton&Pitt, 2002<br />

notando-se que as maiores quantidades sao para areas comerciais, estradas de rodagem, estacionamento de<br />

veiculos, Shopping Center, industrias, residencias de alta densidade, media e baixa e area de parques.<br />

Tabela 3.6- Poluentes tipicos e areas urbanas conforme Burton& Pitt,2002<br />

Kg/haxano<br />

Area residencial com densidades<br />

Comercial Estradas Estacionamento Shopping Center Industria Alta Media Baixa Areas de Parques<br />

1 Solidos Totais 2363 1913 1463 810 754 754 506 73 ND<br />

2 TSS 1125 990 450 495 563 473 281 11 3<br />

3 Cl 473 529 338 41 28 61 34 10 ND<br />

4 TP 1,7 1,0 0,8 0,6 1,5 1,1 0,3 0,0 0,04<br />

5 TKN 7,5 8,9 5,7 3,5 3,9 4,7 2,8 0,3 ND<br />

6 NH3 2,1 1,7 2,3 0,6 0,2 0,9 0,6 0,0 ND<br />

7 N03 + NO2 3,5 4,7 3,3 0,6 1,5 2,3 1,6 0,1 ND<br />

3-4



8 DBO5 70 ND 53 ND ND 30 15 1 ND<br />

9 COD 473 ND 304 ND 225 191 56 8 ND<br />

10 Pb 3,04 5,06 0,90 1,24 0,23 0,90 0,11 0,00 0<br />

11 Zn 2,36 2,36 0,90 0,68 0,45 0,79 0,11 0,00 ND<br />

12 Cr 0,17 0,10 ND 0,05 0,68 MD 0,00 0,00 ND<br />

13 Cd 0,03 0,02 0,01 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 ND<br />

14 As 0,02 0,02 ND 0,02 0,00 ND 0,00 0,00 ND<br />

Fonte: New techniques for urban river rehabilitation, october 2004, EKT-CT-2002-00082 LNEC João Rocha<br />

3.4 Surfatantes<br />

Os surfatantes são usados comumente em lavanderias e como outros sabões diminuem a tensão<br />

superficial da água e aumenta a emulsão da mesma. Surfatantes são uma larga classe de compostos<br />

orgânicos antropogênicos que estão presente nos esgotos domésticos conforme EPA, 2002.<br />

Os surfantantes podem mudar a estrutura do solos e alterar as taxas de infiltração.<br />

O mais comum dos surfatantes usados no mundo desde 1970 é o alkybenzenesulfonate (LAS)<br />

encontrado nas concentrações de 1,2 a 6,5mg/L confome EPA, 2002.<br />

Em tanques sépticos a concentração de LAS varia de 3mg/L a 21mg/L.<br />

Devido ao fato dos surfatantes que estão nos esgotos sanitáios estão associados a partículas de<br />

matériaiss e de óleo, eles tendem a se concentrar nos lodos dos tratamentos de esgotos sanitários<br />

aumentando o tempo de detenção.<br />

Os surfatantes não são problemas para o tratamento com tanques sépticos conforme informações da<br />

FUNASA.<br />

3.5 Vala de infiltração<br />

A EPA, 2002 nã recomenda mais os sumidouros (poços absorventes) ou fossa absorventes.<br />

O assunto está na ABNT NBR 7229/93 devendo-se tomar cuidado na escolha da taxa de infiltração,<br />

pois ai reside os grandes erros.<br />

Um valor muito usado nos Estados Unidos para infiltração é 8,4litros/m 2 x dia ou 5 litros/m 2 x dia<br />

que é um valor muito baixo.<br />

A EPA, 2002 faz algumas observaçoes importantes para projeto de valas de infiltração conforme<br />

Tabela (3.6), esclarendo que as normas brasileiras também fazem tais comentários.<br />

Tabela 3.6- Dados de projeto para vala de infiltração conforme EPA, 2002<br />

Geometria<br />

Consideraçoes para projetos<br />

Largura Deverá ser menor que 0,90m e maior que 0,30m<br />

sendo preferido larlgura de 0,30m<br />

Comprimento<br />

Deverá ser menor que 30m. Construir em paralelo<br />

quando precisar de maior comprimento<br />

Area de infiltração<br />

Pode ser considerado o fundo e as areas laterais.<br />

Pode ser considerado também somente o fundo da<br />

vala.<br />

Tubos perfurados de PVC de 0,10m de diâmetro Espaçamento dos furos de mais ou menos 0,30m.<br />

Uma linha ou duas linhas de furos.<br />

Caixa de distribuição<br />

Distribui para cada linha de vala de infiltração<br />

Sistema com peças de plástico sem uso de pedra Infiltrator<br />

usado por Jair Molina<br />

Profundidade do lençol freático<br />

> 1,50m. Evitar profundidade < 0,60m.<br />

Topografia<br />

< 20% de declividade. Evitar declividade>30%<br />

Profundidade da vala ideal é < 0,60m<br />

Orientaçao das valas de infiltração<br />

Contornando as linhas de grade do terreno<br />

Calculado para o pico de vazão<br />

Reservar espaço para futuros reparos e substituição.<br />

Infiltração depende da textura e da estrutura do solo Usar valor conservador como no máximo 8,4 litros/m 2<br />

x dia<br />

As linhas deverão estar distantes uma das outras no<br />

mínimo de 2,00m<br />

O uso da gravidade é o mais comum, mas pode-se A gravidade é melhor devido a ser contínuo.<br />

3-5



usar bombas<br />

Se as pedras forem caras é mais barato usar as<br />

camaras de infiltração que não usam pedras<br />

Na Tabela (3.7) estão alguns parâmetros importantes de efluentes de tanques sépticos fornecidos<br />

pela EPA, 2002.<br />

Tabela 3.7- Parâmetros de qualidade dos efluentes de tanques sépticos conforme EPA, 2002<br />

Parametro Variaçã dos valores Valor médio<br />

DBO (mg/L) 46 a 156 93,5<br />

TOC (mg/L) 31 a 68 47,4<br />

TKN (mg/L) 10 a 53 44,2<br />

NO 3 (mg/L) 0,01 a 0,16 0,04<br />

TP (mg/L) 7,2 a 17,0 8,6<br />

TDS (mg/L) 354 a 610 497<br />

Cl (mg/L) 37 a 110 70<br />

F. Coli (log# por 100mL) 3,6 a 5,4 4,57<br />

F. strep. (log# por 100mL) 3,60 1,9 a 5,3<br />

Fonte: EPA, 2002<br />

3-6



3.6 Método Simples de Schueler<br />

Schueler em 1987 apresentou um método empírico denominado “Método Simples” para estimar o<br />

transporte de poluição difusa urbana em uma determinada área.<br />

O método foi obtido através de exaustivos estudos na área do Distrito de Washington nos Estados<br />

Unidos chamado National Urban Runoff Program (NURP) bem como com dados da EPA, conforme AKAN,<br />

(1993).<br />

AKAN, (1993) salienta que os estudos valem para áreas menores que 2,56km 2 (256ha) e que é<br />

usado cargas anuais.<br />

A equação de Schueler é similar ao método racional e nas unidades SI adaptada neste livro:<br />

L=0,01 x P x P j x R v x C x A<br />


L= carga do poluente anual (kg/ano)<br />

P= precipitação média anual (mm)<br />

P j = fração da chuva que produz runoff. P j =0,9 (normalmente adotado)<br />

R v = runoff volumétrico obtido por análise de regressão linear.<br />

R v = 0,05 + 0,009 x AI<br />

AI= área impermeável (%).<br />

A= área (ha)<br />

C= concentração média da carga do poluente nas águas pluviais da (mg/L)<br />

Valor de P j<br />

O valor de P j usualmente é 0,90 para precipitação média anual, mas pode atingir valor P j =0,5 e para<br />

eventos de uma simples precipitação P j =1,0.<br />

3-7



Valores de C<br />

Conforme as pesquisas feitas por Schueler, (1987) e citadas por AKAN, (1993) e McCUEN, (1998) os<br />

valores médios da carga de poluição C em mg/L é fornecida pelas Tabelas (3.8) e (3.9)<br />

Tabela 3.8 - Valores de “C”usados pelo Método Simples de Schueler, 1987 em mg/L.<br />

Poluente NURP Baltimore Washington NURP Virginia FHWA<br />

DC National<br />

Study<br />

Área<br />

suburbana<br />

Áreas<br />

velhas<br />


comercial<br />

média Florestas Rodovias<br />

americanas<br />

Fósforo 0,26 1,08 0,46 0,15<br />

total<br />

Nitrogênio 2,00 13,6 2,17 3,31 0,78<br />

Total<br />

COD 35,6 163,0 90,8 >40,0 124,0<br />

BOD 5dias 5,1 36,0 11,9<br />

Zinco 0,037 0,397 0,250 0,176 0,380<br />

Fonte: AKAN, (1993) e McCUEN, (1998).<br />

Na Tabela (3.9) estão os valores de concentração média adotado na Malásia.<br />

Tabela 3.9- Valores médios de concentração adotados na MALÁSIA em mg/L<br />

Poluente<br />

Vegeta<br />

ção<br />


rural<br />


industrial<br />


urbana<br />

Área em<br />

construção<br />

nativa/<br />

floresta<br />

Sedimentos 85 500 50 - 200 50- 200 4000<br />

Sólidos totais em 6 30 60 85<br />

suspensão (TSS)<br />

Nitrogênio total 0,2 0,8 1,0 1,2<br />

(NT)<br />

Fósforo total 0,03 0,09 0,12 0,13<br />

(PT)<br />

Amônia 0,01- 0,01-<br />

0,01-9,8<br />

0,03 0,26<br />

Coliformes fecais 260- 700 -<br />

4000-20000<br />

4000 3000<br />

Cobre 0,03 – 0,09<br />

Chumbo 0,2 – 0,5<br />

Fonte: MALÁSIA, (2000)<br />

3-8



Na Tabela (3.10) temos valores médios de poluentes fornecidos por Tucci, (2001).<br />

Tabela 3.10- Valores médios de parâmetros de qualidade de águas pluviais em mg/L para algumas cidades.<br />

Durham Cincinatti Tulsa<br />


Weibel et<br />

Porto<br />

APWA<br />

Colson,<br />


al., 1964 AVCO,<br />


Alegre APWA, 1969<br />

mínimo máximo<br />

DBO 19 111,8 31,8 1 700<br />

Sólidos 1440 545 1523 450 14600<br />

totais<br />

pH<br />

Coliformes 23.000 8.000 1,5 x 10 7 55 11,2 x 10 7<br />

NPM/100ml<br />

Ferro 12 30,3<br />

Chumbo 0,46 0,19<br />

Amônia 0,4 1,0<br />

Fonte: TUCCI, (2001).<br />


Exemplo de AKAN, (1993).<br />

Trata-se de área com 12ha, chuva média anual de 965mm sendo P j = 0,90. Área antes do<br />

desenvolvimento com 2% de área impermeável passou a 45% com a construção de uma vila de casas.<br />

Calcular o aumento anual de fósforo total.<br />

Para a situação de pré-desenvolvimento:<br />

R v = 0,05 + 0,009 x 2 = 0,07<br />

Adotando C=0,15mg/L para fósforo total em florestas, na Tabela (3.8) na coluna de Virginia.<br />

A carga anual será calculada usando:<br />


P=965mm<br />

P j =0,9 adotado<br />

Rv=0,07<br />

C=0,15mg/L Fósforo total/ Floresta<br />

A=12ha<br />

R v =0,07<br />

L=0,01 x 965mm x 0,9 x 0,07 x 0,15mg/L x 12ha<br />

L=1,09 kg/ano<br />

Para a situação de pós-desenvolvimento.<br />





C=0,26mg/L Fósforo total/ área suburbana<br />





Portanto, com o desenvolvimento a quantidade total de fósforo aumentará de 1,09kg/ano para 12,46<br />

kg/ano com a construção de um bairro residencial proposto.<br />


Calcular o aumento de sedimentos de área urbana com 46,75ha, chuva anual média de 1540mm e P j =0,50.<br />

Supomos que no pré-desenvolvimento havia 2% de área impermeável e com o desenvolvimento passou para<br />

70%.<br />

Pré-desenvolvimento<br />




3-9



C=85mg/L sedimentos/ Floresta/ Malásia<br />

A=46,75ha<br />

R v =0,05 + 0,009 x 2 = 0,07<br />

L=0,01 x 1540mm x 0,5 x 0,07 x 85mg/L x 46,75ha<br />

L=2.142 kg de sedimentos/ano<br />

Pós-desenvolvimento<br />




C=200mg/L sedimentos / Urbana/ Malásia, Tabela (3.9)<br />




L=48.957kg de TSS/ano<br />

Com o pós-desenvolvimento o sedimento aumentará de 2.142kg/ano para 48.957kg/ano.<br />


MARTINS, (1988) apresentou tese de doutoramento sobre poluição difusa do córrego Mandaqui<br />

localizado na cidade de São Paulo.<br />

Os estudos foram baseados em campanhas radioisótopos 82 Br feitas pela CETESB (Companhia<br />

Estadual de Saneamento Básico) na bacia do córrego Mandaqui, que tem área de 15,7km 2 , população de<br />

305.000hab. (1985), precipitação média de dois anos 1415,2mm/ano, 390km de ruas, sendo 248m de rua/ha.<br />

A área impermeável AI= 89,27% e 90% da população é atendida com rede de esgoto, cujos efluentes<br />

são lançados no córrego Mandaqui sem tratamento.<br />

No uso do solo, 93,37% é área residencial, 2,74% são áreas comerciais ou industriais e o restante<br />

são áreas verdes com 3,89%.<br />

Nas áreas residenciais são impermeáveis 95,57% da área, enquanto que nas áreas comerciais e<br />

industriais são 11,63% e nas áreas verdes temos 8,20% de áreas impermeáveis. O total de área impermeável<br />

é de 14,01km 2 que corresponde a 89,2%.<br />

Chegou-se a conclusão que a relação entre nitrogênio total e nitrogênio Kjeldahn é de 99%.<br />

A varredura das ruas é feita no intervalo de dois em dois dias e não há dados sobre a eficiência da<br />

mesma. A coleta de lixo é feita duas vezes por semana.<br />

Os dados médios estão apresentados na Tabela (3.11) e (3.12).<br />

Tabela 3.11- Concentrações médias de poluentes do córrego Mandaqui em São Paulo, capital.<br />


Concentração média obtida no córrego<br />

Mandaqui<br />

(mg/L)<br />

DBO- demanda bioquímica de oxigênio 166<br />

DQO- demanda química de oxigênio 447<br />

SS- Sólidos em suspensão 669<br />

PO 4 - Ortofosfato solúvel 0,34<br />

NT - nitrogênio total 24<br />

Coliformes totais<br />

3,0 x 10 7 /100mL<br />

Coliformes fecais<br />

3,5 x 10 6 / 100mL<br />

Sólidos sedimentáveis 6.980<br />

Fonte: MARTINS, (1988)<br />

3-10



Tabela 3.12- Concentrações médias do córrego Mandaqui em São Paulo, capital.<br />

Concentração<br />

Poluentes<br />

média conforme<br />

Martins, 1988<br />


Carga média correspondente<br />

a esgotos do córrego Mandaqui<br />

MARTINS, (1988)<br />

(kg/ ano)<br />

TSS- sólidos em suspensão 669 5.383<br />

Sólidos Sedimentáveis 6.980 86.601<br />

DBO 166 5.503<br />

NT 24 1.006<br />

PO 4 0,34 53<br />

DQO 447<br />

Coli total 3,0 x 10 7 / 100mL 3,0 x 10 7<br />

Coli fecal 3,5 x 10 6 /100mL 3,5 x 10 6<br />

É importante termos uma idéia de quanto é a poluição difusa em relação a carga total em um córrego.<br />

No resumo do trabalho de MARTINS, (1988) na Tabela (3.13), donde podemos considerar que a poluição<br />

difusa representa aproximadamente 25% da carga total.<br />

Dica- a poluição difusa no Brasil representa 25% da carga total de poluição de um rio.<br />

Tabela 3.13- Resumo dos resultados obtidos no córrego Mandaqui<br />

Parâmetro<br />


Carga difusa/ carga total<br />

(%)<br />

Sólidos em suspensão 28%<br />

Sólidos sedimentáveis 22%<br />

DBO 23%<br />

Nitrogênio 24%<br />

Fosfato (PO 4 ) 24%<br />

Coliforme totais 22%<br />

Fonte: MARTINS, (1988)<br />

Segundo a EPA a poluição difusa representa 50% da poluição de todos os rios e córregos localizados<br />

nos Estados Unidos.<br />


Seja uma área de 97ha conforme Tabela (3.14) cujas águas de chuvas caem em um lago. Calcular a carga<br />

anual de fósforo total.<br />

Tabela 3.14- Calcular o coeficiente de runoff ponderado<br />

Uso da terra<br />

Área (ha)<br />

AI<br />

fração da área<br />

Concentração<br />

Média<br />


Agricultura 64 0,66 2% 0,09 0,0594<br />

Floresta 12 0,12 2% 0,15 0,018<br />

Urbana (pavimentada) 21 0,22 72% 0,46 0,101<br />

Total= 97 1,00 24% Media= 0,1786<br />

Conforme Tabela (3.14) e baseado em parte da Tabela (3.15) a média de<br />

impermeabilização é de AI=24%<br />

Rv=0,05+0,009 x AI= 0,05+0,009 x 24=0,27<br />

P= 1070mm precipitaçao média annual<br />

Pi=0,90<br />


C= 0,18 mg/L de PT



L=0,01 x P x Pi x Rv x C x A<br />

L=0,01 x 1070 x 0,90 x 0,27 x 0,18 x 97= 45 kg/ano de PT<br />

Portanto, chegará ao lago 45kg/ano de PT;<br />

Tabela 3.15- Uso da terra e area impermeavel correspondente<br />

Uso do solo ou categoria<br />

Area impermeáel em porcentagem<br />

Agricultura 2%<br />

Area urbana de parques, campo de golf e recreação 9%<br />

Area comercial 70% a 74%<br />

Area industrial leve 50% a 56%<br />

Area institucional 31% a 38%<br />

Area residencial multifamilliar 44%<br />

Area de condominios residenciais 41%<br />

Area com lotes de 500m 2 33%<br />

Area com lotes de 1000 m 2 28%<br />




Fonte: Estado de New York, 2001.<br />

3-12



3.7 Bibliografia e livros recomendados<br />

-ESTADO DE NEW YORK, 2001. Stormwater Management Design Manual. October, 2001. New York State<br />

Department of Environmental Conservation, Albany, NY.<br />

-LEWIS, WILLIAM M. et al. Nitrogen yelds from undisturbed watersheds in the Americas. Biogeochemistry 46:<br />

149-162-1999, 14páginas. Acessado em 6 de Janeiro de<br />

2007.http://cires.colorado.edu/limnology/pubs/Pub144.pdf<br />

-MARSH, WILLIAN M. Landscape planning environmental applications. 3a ed. 1998, 434 páginas, Josh Wiley.<br />

-TOMAZ, PLINIO. Poluição Difusa. Editora Navegar, 2006.<br />

-USEPA. On site wastewater treatment systems manual. EPA 625/R-00/008 fevereiro de 2002.<br />

3-13


Capitulo 3- Infiltração e condutividade hidráulica K.<br />



Infiltração e condutividade hidráulica K<br />

“Uma pessoa sobrevive cerca de um mês sem comida, mas apenas uma semana sem água”.<br />

Tucci, 2002, Inundações urbanas na América do Sul.<br />

3-1






Capítulo 3 - Infiltração e condutividade hidráulica K<br />

3.1 Introdução 3-3<br />

3.2 Infiltração 3-3<br />

3.3 Porosidade total (η) 3-3<br />

3.4 Porosidade efetiva η e 3-3<br />

3.5 Grau de saturação (S) 3-3<br />

3.6 Definição gravimétrica da umidade (Φ) 3-3<br />

3.7 Definição volumétrica da umidade (Φ) 3-3<br />

3.8 Peso específico aparente seco (γ s ) 3-3<br />

3.9 Lei de Darcy 3-4<br />

3.10 Modelos para infiltração 3-5<br />

3-11 Método do SCS (Soil Conservation Service) 3-5<br />

3.12 Método de Horton 3-5<br />

3.13 Métodos para medir a infiltração 3-7<br />

3.14 Infiltrômetro de duplo anel 3-7<br />

3.15 Slug test 3-8<br />

3.16 Estimativas de taxas de infiltração 3-9<br />

3.17 Coeficiente de infiltração segundo NBR 7229/93 3-12<br />

3.18 Faixa de variação de areia e britas 3-13<br />

3.19 Simulador de chvua 3.13<br />

3.20 Bibliografia e livros consultados 3.13<br />


3-2




Capítulo 3 - Infiltração e condutividade hidráulica K<br />


Vamos apresentar informações básicas sobre infiltração e condutividade hidráulica.<br />

3.2 Infiltração<br />

A infiltração é o processo pelo qual a água das chuvas, da neve derretida ou da irrigação penetra nas<br />

camadas superficiais do solo e se move para baixo em direção ao lençol d’água (Rawls, et al in Maidment,<br />

1993). A infiltração é um fenômeno complexo, difícil de ser determinado com exatidão e que varia no tempo e<br />

no espaço.<br />

A infiltração também é chamada de exfiltração, nome este que não é muito usado.<br />

Parâmetros da infiltração<br />

Vamos definir alguns parâmetros importantes, tais como: porosidade, grau de saturação e umidade.<br />

3.3 Porosidade total (η)<br />

É a relação entre o volume de vazios (V v ) e o volume da amostra (V).<br />

η= V v /V<br />

3.4 Porosidade efetiva η e<br />

η e = V d /V<br />

η e = porosidade efetiva, também chamado de Specific yield (Todd, 1980)<br />

V d = volume de água drenada por gravidade<br />

V= volume total<br />

A porosidade efetiva da mesma forma que a porosidade total é uma grandeza adimensional e pode<br />

ser expressa em porcentagem.<br />

A quantidade de água retida por unidade de volume do material é denominada de retenção especifica<br />

Re, também chamada de capacidade de campo, pelos profissionais que trabalham com irrigação, conforme<br />

Jaime Cabral - Movimento de águas subterrâneas in Hidrogeologia, 1997. Uma mistura de areia e pedregulho<br />

apresenta porosidade total de 20% a 35%.<br />

Tabela 3.1 - Porosidade típica de alguns materiais mais usados<br />

Material<br />

Porosidade<br />


Pedras britadas (Blasted rock) 30<br />

Pedras britadas uniformemente graduadas 40 (mais usado)<br />

Pedras graduadas maiores que ¾”(19mm) 30<br />

Areia 25<br />

Pedregulho 15 a 25<br />

Fonte: Urbonas, 1993<br />

3.5 Grau de saturação (S)<br />

É a relação entre o volume de água (Va) e o volume de vazios (V v ) de uma amostra.<br />

S= V a / V v<br />

3.6 Definição gravimétrica da umidade (Φ)<br />

É a relação entre o peso da água (W w ) e o peso da água mais o peso do solo (W t )<br />

Φ= W w /W t<br />

3.7 Definição volumétrica da umidade (Φ)<br />

É a relação entre o volume da água (W w ) e o volume da água mais o volume do solo (W t )<br />

Φ= W w / W t<br />

3.8 Peso específico aparente seco (γ s )<br />

É a relação entre o peso do solo seco (P s ) e o volume da amostra (V).<br />

γ s = P s /V<br />

3-3





Em 1856 estudando a permeabilidade na zona saturada, Henry Darcy concluiu que para um filtro de<br />

área (A) comprimento (L), conforme a Figura (3.1) vale o seguinte:<br />

Q= K x A x (h 1 - h 2 )/L (Equação 3.1)<br />

Q= K x A x G (Equação 3.2)<br />


Q= vazão constante que passa pelo cilindro (m 3 /s; m 3 /dia);<br />

h 1 = carga hidráulica no piezômetro 1 (m) e<br />

h 2 = carga hidráulica no piezômetro 1 (m) e<br />



L= distância entre os piezômetros 1 e 2<br />

A= área da seção transversal do cilindro (m 2 )<br />

ΔH= variação da carga hidráulica entre os piezômetros 1 e 2<br />


G= gradiente hidráulico= (h 1 -h 2 )/L<br />

Figura 3.1 - Esboço esquemático do dispositivo usado por Darcy<br />

Fonte: Hidrogeologia - conceitos e aplicações, 1996, p.3.<br />

A equação de Darcy só vale para regime laminar.<br />

Tabela 3. 2 - Condutividade hidráulica K em função do tipo de solo<br />



mm/h<br />


m/dia<br />













3-4




3.10 Modelos para infiltração<br />

Existem vários modelos de cálculo para a infiltração:<br />

• SCS<br />

• Horton<br />

• Green-Ampt<br />

• Phi-Index<br />

Iremos apresentar somente o método do SCS e Horton.<br />

3.11 Método do SCS (Soil Conservation Service)<br />

A infiltração será q = P – Q<br />


q= infiltração (mm)<br />

P= precipitação (mm)<br />

Q= runoff ou escoamento superficial (mm)<br />

(P- 0,2S) 2<br />

Q= -------------- sendo P > 0,2 S<br />

(P+0,8S)<br />

S= 25400/ (CN – 254)<br />

A abstração inicial Ia, em milímetros<br />

Ia= 0,2 . S<br />

CN= número da curva que depende da cobertura, do tipo de solo e das condições antecedentes de<br />

umidade do solo.<br />

3.12 Método de Horton<br />

O método mais conhecido para o cálculo da infiltração segundo (Akan,1993) é o método de Horton<br />

apresentado em 1939 e 1940.<br />

Intuitivamente podemos dizer que a infiltração geralmente é maior no início e decai ao longo do<br />

processo até atingir um patamar constante. Horton, 1939,1940 formulou tal hipótese através de uma relação<br />

exponencial válida quando o potencial de vazão de infiltração é maior ou igual a precipitação.<br />

A relação proposta por Horton é a seguinte:<br />

f p = f f + (f 0 – f f ) e (-kt) (Equação 3.3)<br />

f p = taxa de infiltração no tempo t (cm/h).<br />

f f = taxa de infiltração mínima (cm/h)<br />

f 0 = taxa de infiltração inicial (cm/h)<br />

k= constante da exponencial (/h) Nota: deve ser obtido experimentalmente<br />

t= tempo médio do intervalo (h). Nota: a unidade de t deve ser compatível com a unidade de k<br />

Akan,1993 observa que em qualquer tempo t devemos ter:<br />

f = i se f p ≥ i (Equação 3.4)<br />

f= f p se f p br />


f= a taxa de infiltração no tempo (cm/h)<br />

i= a taxa de precipitação no tempo (cm/h)<br />

A Equação (3.3) é dimensionalmente homogênea e a unidade k é o inverso da unidade do tempo t.<br />

Os parâmetros f f , f 0 , k devem ser obtidos em campo.<br />

A capacidade de infiltração (f) varia com o tempo e vai decrescendo até uma taxa mínima f f que é<br />

aproximadamente a condutividade hidráulica da zona saturada que denominaremos de Ks, conforme Figura<br />

(3.2) que é menor que o valor de f 0 , devido ao ar que está no solo. Muitas vezes podemos supor que f f = Ks.<br />

Existe uma relação (Kr) entre a condutividade não saturada (K) com a condutividade saturada (Ks)<br />

Kr= K/Ks<br />

3-5




O valor da relação Kr varia de 0 a 1. Dados obtidos indicam que o valor da condutividade hidráulica<br />

não saturada varia de 0,4Ks a 0,6 Ks sendo a média de 0,5Ks (Bouwer, 1966 in Delleur, 1999).<br />

Figura 3.2 - Cenário típico durante a infiltração<br />


3.13 Métodos para medir a infiltração<br />

Os mais conhecidos são:<br />

• Infiltrômetro de duplo anel<br />

• Infiltrômetro<br />

• Método da ABNT<br />

• Simulador de chuva<br />

3.14 Infiltrômetro de duplo anel<br />

Figura 3.3- Infiltrômetro de duplo anel.<br />

Fonte: Villela e Mattos, 1975.<br />

Para se obter em campo os parâmetros da fórmula de Horton deve ser usado o infiltrômetro de duplo<br />

anel conforme Figura (3.3) e (3.4).<br />

Aconselha-se que seja feito um teste para cada 0,7km 2 , ou seja, 1 teste para cada 70ha, conforme<br />

Drenagem Urbana, 1986.<br />

3-6




Figura 3.4 - Infiltrômetro de duplo anel conectado com aparato que mantém constante o nível de água em cada<br />

anel.<br />


Wanielista, 1997 diz que o teste com infiltrômetro deve ser feito em área menor que 2.000m 2 e<br />

cuidados especiais devem ser feitos para que os mesmos sejam representativos.<br />

Conforme Martins e Paiva, 2001 o infiltrômetro de duplo anel consiste de dois anéis concêntricos, o de<br />

menor com 25cm de diâmetro e o maior com diâmetro de 50cm. Ambos com 30cm de altura. Devem ser<br />

instalados no solo com auxílio de marreta. Para isso, é necessário que as bordas inferiores dos anéis devem<br />

ser finas, cortadas em forma de bisel, para facilitar a penetração do solo causando a menor desestruturação<br />

possível.<br />

Coloca-se água, ao mesmo tempo, nos dois anéis e, com uma régua graduada acompanha-se a<br />

infiltração vertical do cilindro interno, em intervalos de 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60, 90, 120min, etc, que devem<br />

ser diminuídos se a velocidade de infiltração da água no solo for muito alta.<br />

A lâmina d água no cilindro interno é maior que no cilindro externo. Isto se deve ao fato que a função<br />

do cilindro externo, é apenas a orientação das linhas de corrente.<br />

3.15 Infiltrômetro<br />

Uma maneira de quantificar a infiltração é através do Infiltrômetro da Figura (3.5) que consiste em um<br />

tubo de PV de diâmetro interno de 102mm e 4mm de espessura, com comprimento de 300mm, dentro do qual<br />

fica inserida amostra de solo indeformada do PET conforme Hirata et al, 2006.<br />

As amostras são obtidas pela cravação direta desses equipamentos no solo, coletando-se assim o<br />

material sem deformá-lo consideravelmente.<br />

Na sua extremidade inferior situa-se uma tampa afunilada (cap) receptora da água que atravessa o<br />

perfil do solo e o frasco amostrador, conectado ao PVC por uma mangueira de borracha, em direção ao qual<br />

se destina a água infiltrada. A amostra é sustentada por três hastes metálicas conforme Hirata et al, 2006.<br />

Figura 3-5 - Infiltrômetro<br />

3-7




Hirata et al, 2006 concluíram que no aqüífero livre e raso do Parque Ecológico localizado no município<br />

de São Paulo, os valores da recarga representam em media 27% das precipitações ocorridas, sendo rápido o<br />

processo de recarga.<br />

Concluíram que a recarga é rápida embora haja diferença na estação seca e chuvosa<br />

3.16 Estimativas de taxas de infiltração<br />

O Manual de Drenagem Urbana de Denver recomenda em estudos preliminares que sejam usadas as<br />

taxas de infiltração da Tabela (3.3).<br />

Tabela 3.3 - Estimativa de taxas de infiltração para estudos preliminares, recomendado pelo<br />

manual de drenagem urbana de Denver.<br />

Período de retorno da tormenta Primeira meia hora Segunda meia hora até o<br />

término da tormenta<br />

2 a 5 anos 25,4mm/h 12,7mm/h<br />

10 a 100 anos 12,7mm/h 12,7mm/h<br />

Fonte: Drenagem Urbana, 1986<br />

Rubem Porto, no livro de Drenagem Urbana, 1995 recomenda as seguintes estimativas dos<br />

parâmetros de Horton e que constam do software denominado ABC4 conforme Tabela (3.4).<br />

Parâmetros da<br />

fórmula de Horton<br />

Tabela 3.4 - Estimativa de parâmetros da fórmula de Horton<br />

Classificação hidrológica do solo segundo o Soil Conservation Service<br />

(SCS)<br />

Tipo A Tipo B Tipo C Tipo D<br />

(mm/h) (mm/h) (mm/h) (mm/h)<br />

f 0 250 200 130 80<br />

f f 25 13 7 3<br />

k 2 2 2 2<br />

Fonte: Porto, in Drenagem Urbana, 1995<br />

Segundo McCuen, 1997 o valor de f 0 é de 3 a 5 vezes o valor de f f e cita ainda que os valores de k<br />

variam de 1/h até 20/h, enquanto que Akan,1993 cita que os valores de k variam de 0,67/h até 49/h sendo<br />

que na ausência de dados deve ser usado 4,14/h, conforme sugestão de Hubber e Dickinson, 1988.<br />

Akan, 1993 recomenda que quando não se têm dados, pode-se estimá-los usando a Tabela (3.5).<br />


Tabela 3.5- Estimativa da taxa de infiltração final de Horton<br />

Solo argiloso com areia, silte e húmus<br />

Solo arenoso argiloso<br />

Solo siltoso com areia, silte e húmus<br />

Solo arenoso<br />

Fonte: Akan,1993<br />

f f<br />

(mm/h)<br />

0 a 1,27mm/h<br />

1,27mm/h a 3,81mm/h<br />



Para efeitos práticos Tucci e Gens, 1995 admitem como valor mínimo de infiltração para plano de<br />

infiltração, ou seja, filter strip ou faixa de filtro gramada, o valor f=8mm/h, conforme Tabela (3.6).<br />

Tabela 3.6 - Tabela de infiltração<br />


Classificação do tipo de solo<br />

conforme SCS<br />

Infiltração mínima<br />


Areia A 50 a 200<br />

Marga B 12,7 a 25<br />

Sedimento margoso C 3,8 a 6,3<br />

Argiloso D < 1,3<br />

Fonte: Tucci em Gens in Drenagem Urbana, 1995<br />

Conforme pesquisas feitas por Tucci e Gens, 1995 usando simulador de chuva, foi determinado o<br />

escoamento superficial de diferentes superfícies urbanas que estão na Tabela (3.7). Observar que um chão<br />

batido não é permeável como costumeiramente se pensa e note-se que o escoamento superficial é maior no<br />

chão batido do que em blockets e paralelepípedo novo ou antigo.<br />

3-8




Superfície<br />

Tabela 3.7 - Experimentos em superfícies urbanas de Genz, 1994.<br />

Declividade Coeficiente de Taxa de infiltração<br />


escoamento<br />

final<br />

Precipitação<br />

simulada<br />


C<br />


Gramado 1 a 9 0,54 a 0,68 19 a 23 110 a 142<br />

Chão batido 1,3 0,92 a 0,95 110 a 120<br />

Paralelepípedo antigo 2 a 11 0,88 a 0,95 103 a 128<br />

Paralelepípedo novo 4 0,58 a 0,63 18 a 23 114 a 124<br />

Blockets 2 0,83 a 0,85 10 a 14 116 a 127<br />

Fonte: Tucci e Gens in Drenagem, 1995.<br />

O DNER no seu Manual de Drenagem mostra a Tabela (3.8).<br />

Tabela 3.8 – Coeficientes de condutividade hidráulica K<br />

Material Granulométrica Condutividade Hidráulica<br />


(cm) (cm/s) (mm/h) (m/s)<br />

Brita 5 7,5cm a 10cm 100 3600000 1<br />

Brita 4 5 a 7,5 60 2160000 0,6<br />

Brita 3 2,5 a 5 45 1620000 0,45<br />


Brita 1 1 a 2 15 540000 0,15<br />


Areia grossa 0,2 a 0,5 1 x 10 -1 3600 0,001<br />

Areia fina 0,005 a 0,04 1 x 10 -3 36 0,00001<br />

Silte 0,0005 a 0,005 1 x 10 -5 0,36 1E-07<br />

Argila Menor que 0,0005 1 x 10 -8 0,00036 1E-10<br />

Fonte: Manual de Drenagem do DNER, 1990<br />

O software HydroCAD apresenta a Tabela (3.9) para estimativa da condutividade hidráulica.<br />

Tabela 3.9 - Condutividade hidráulica usada no programa HydroCAD 7.1<br />


Condutividade hidráulica<br />


Solo arenoso 21<br />

Solo margoso arenoso 6<br />

Solo arenoso margoso 3<br />

Solo margoso 1,3<br />

Solo argilo margoso 0,3<br />

Fonte: http://www.hydrocad.net/exfilt.htm.<br />

As normas alemãs e a CIRIA- Construction Industry Research and Information Association da<br />

Inglaterra apresentam a Tabela (3.10).<br />

3-9




Tabela 3.10 - Sugestões para valores da condutividade hidráulica K (mm/h)<br />

Descrição do solo Normas alemãs Dados da CIRIA<br />

Mínimo (mm/h) Máximo (mm/h) Mínimo (mm/h) Máximo (mm/h)<br />

Pedregulhos grosso 33.000 100.000<br />

Média e fino<br />

3.600 18.000 10 1.000<br />

pedregulhos<br />

Pedregulho arenoso 1.000 10.000<br />

Areia grossa 1.000 3.000<br />

Areia média 200 1.000 0,1 100<br />

Areia fina 36 360<br />

Solo franco arenoso 0,01 1<br />

Solo silto arenoso 1 100<br />

Solo franco arenoso 0,005 0,05<br />

Silte 0,03 20 0,0005 0,05<br />

Solo siltoso 0,001 3,6<br />

Solo argiloso 0,0001 0,01 0,00005 0,005<br />

Fonte: Alan A. Smith and Tai D. Bui<br />

(*) CIRIA= Construction Industry Research and Information Association- Londres<br />

3.17 Coeficiente de infiltração segundo a NBR 7229/93.<br />

A NBR 7229/93 de “Construção e Instalação de Fossas sépticas e disposição dos efluentes finais”<br />

apresenta uma maneira prática de se estimar o coeficiente de infiltração em litros/m 2 /dia conforme Botelho,<br />


O método a ser aplicado é o seguinte:<br />

• Na profundidade onde vai estar a vala de infiltração fazer três escavações com formato de uma<br />

caixa paralelepípedo de 30cm x 30cm x 30cm.<br />

• No dia anterior ao teste, encher as três caixas com água.<br />

• No dia do teste encher as três caixas com água e deixar secar.<br />

• Após secar, encher cada caixa com 15cm de água e medir o tempo que leva para abaixar o nível de<br />

água de 1cm.<br />

• Adotar o menor dos três tempos, que será o tempo padrão de infiltração do solo na profundidade<br />

considerada.<br />

• Com o tempo obtido entrar na Tabela (3.12) e achar o coeficiente de infiltração do solo.<br />

A Figura (3.7) mostra esquematicamente o paralelepípedo cujo lado é 30cm e o gráfico para se obter o<br />

coeficiente de infiltração conforme Tanaka, 1986.<br />

Podemos aproximadamente supor que f f = K= coeficiente de infiltração.<br />

3-10




Figura 3.7 - Gráfico para determinação do coeficiente de infiltração<br />

Fonte: Tanaka, 1986<br />

Tabela 3.12 - Coeficiente de infiltração em função do tempo em minutos<br />

Tempo de infiltração para rebaixamento de 1cm<br />

Coeficiente de infiltração<br />

(min)<br />

(litros/m 2 /dia ou mm/dia)<br />













0,5 130<br />

Fonte: Botelho, 1998<br />

Tabela 3.13 - Estimativa do coeficiente de infiltração de acordo com o tipo de solo local<br />

Constituição provável do solo<br />

Coeficiente de infiltração<br />

(litros/m 2 /dia ou mm/dia)<br />

Rochas, argilas compactadas 90<br />

Fonte: Botelho, 1998<br />

Tanaka, 1986 mostra no seu livro de “Instalações Prediais hidráulicas e sanitárias” a Tabela (3.14).<br />

3-11




As recomendações da NBR 7229/93 é que o comprimento das valas máximo seja de 30m e que o<br />

fundo das mesmas esteja, no mínimo, a 1,5m do lençol freático.<br />

3.18 Faixa de variação de areia e britas.<br />

Tabela 3.14 - Faixa de variação de diâmetro dos grânulos das areias e britas<br />

Material Tipo Variação do diâmetro<br />


Fina 0,075 a 0,42<br />

Areia<br />

Média 0,42 a 1,20<br />

Grossa 1,20 a 4,80<br />

nº 1 4,80 a 12,5<br />

nº 2 12,5 a 25<br />

Pedra britada nº 3 25 a 50<br />

nº 4 50 a 76<br />

nº 5 76 a 100<br />

Fonte: Tanaka, 1986<br />

3.19 Simulador de chuva<br />

O simulador de chuva tradicional do Souza foi adotado pela Embrapa e é aplicado a áreas de 1m 2<br />


De modo geral a taxa de infiltração obtida em infiltrômetros de duplo anel é 1,5 a 6 vezes maior que o<br />

obtido em simulador de chuva conforme Brandão, et al, 2006.<br />

Figura 3.8- Simulador de Chuva<br />


-HIRATA, RICARDO et al. Mecanismos de controle de recarga em aqüíferos sedimentares livres. Estudo na<br />

bacia hidrográfica do Alto Tietê, São Paulo, Brasil. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, volume 11,<br />

número 3. ISSN 1414-381X, julho a setembro de 2006.<br />

3-12


Capítulo 4- Drenagem e recarga<br />

Engenheiro Plínio Tomaz 06 de junho de 2007 pliniotomaz@uol.com.br<br />


Drenagem e recarga<br />

Certo dia perguntei ao professor Camargo da Escola Politécnica, em 1962, porque ensinar aqueles<br />

teoremas de matemática que nunca iríamos usá-los na prática.<br />

Respondeu que o objetivo não eram os teoremas, e sim ensinar a lógica matemática.<br />

4-1




Sumário<br />


Capítulo 4 - Drenagem e recarga<br />

4.1 Introdução 4-3<br />

4.2 Tubos perfurados 4-5<br />

4.3 Cálculo do número mínimo de furos do dreno longitudinal 4-7<br />

4.4 Material usado na drenagem 4-7<br />

4.5 Recarga com tubos perfurados 4-7<br />

4.6 Drenagem de pavimentos 4-11<br />

4.7 Determinação da espessura e da camada drenante conhecida a sua permeabilidade 4-11<br />

hidráulica<br />

4.8 Determinação da permeabilidade hidráulica necessária de camada drenante de<br />


espessura pré-fixada.<br />

4.9 Tempo máximo de permanência das águas infiltradas na camada drenante 4-12<br />

4.10 Espaçamento das linhas dos drenos 4-12<br />

4.11 Comprimento crítico da tubulação 4-13<br />

4.12 Escoamento em aqüífero não confinado usando a hipótese de Dupuit 4-14<br />

4.12.1 Escoamento em aqüífero não confinado sobre área impermeável 4-14<br />

4.12.2 Escoamento em aqüífero não confinado sobre área impermeável com infiltração para 4-15<br />

recarga.<br />

4.13 Recarga devido a infiltração 4-18<br />

4.13.1 Infiltração para 5,00m de profundidade 4-18<br />

4.13.2 Infiltração para 1,50m de profundidade. 4-18<br />

4.14 Trincheira de exfiltração 4-20<br />

4.15 Recarga de bacias 4-23<br />

4.16 Método que usa a trincheira para deter pico de enchente. 4-28<br />

4.17 Routing - Método Modificado de Pulz 4-31<br />

4.18 Detalhes do projeto 4-34<br />

4.19 Descarga da exfiltração 4-34<br />

4.20 Volume de armazenamento 4-36<br />

4.21 Vazão infiltrada pela camada de pedra do tubo perfurado 4-37<br />

4.22 Custos 4-38<br />


4-2






O dreno cego ou dreno francês é aquele que não tem tubos, isto é, o escoamento se dá somente<br />

através do material drenante conforme Figura (4.1) a (4.4).<br />

O objetivo é rebaixar o lençol freático ou remover as águas pluviais infiltradas. É construído de pedras<br />

britadas envoltas em bidim, de maneira que o transporte se faz através dos agregados.<br />

Existe ainda o dreno com tubo perfurado que garante a drenagem em caso de entupimento do fluxo<br />

nas pedras britadas e é aconselhável que a declividade seja maior ou igual a 1%.<br />

A permeabilidade do bidim deve ser no mínimo 10 vezes maior que a do solo vizinho para permitir a<br />

drenagem.<br />

Para o cálculo é usada a Lei de Darcy:<br />

(Q/L)= K x G x A<br />


Q/L= vazão de percolação no solo por metro de trincheira (m 3 /dia/m)<br />

G= gradiente hidráulico ∆H/L= S=declividade do dreno (m/m). Nota: aproximadamente<br />

A= área da seção transversal (seção normal ao fluxo) (m 2 /m)<br />

K= condutividade hidráulica (m/dia)<br />

Figura 4.1- Dreno Francês ou camada drenante. Corte transversal de estrada de rodagem mostrando a<br />

camada drenante entre o revestimento e a base. A água infiltrada é coletada por um tubo dreno<br />

transversa, mas na camada drenante, ou seja, no dreno francês não tem tubo.<br />

Fonte: DNER, 1990<br />

Figura 4.2- Camada drenante (dreno Francês). Observar que não tem tubos.<br />


4-3




Figura 4.3 - Dreno Francês. O tubo é colocado como fator de segurança.<br />

Fonte: Wanielista , 1997<br />

Figura 4.4 - A água do solo entra pelos furos do tubo que a conduz para outro local<br />


Calcular o dreno francês com 1,20m de largura por 0,90 de altura da seção transversal, sendo a descarga<br />

necessária de 600m 3 /dia de 30m de dreno. A declividade S= 0,01m/m. Qual deve ser a permeabilidade dos<br />

agregados para uma drenagem apropriada?<br />

L= 30m comprimento do dreno.<br />

Q/L= 600m 3 / 30m= 20m 3 /dia/m<br />

G= S= 0,01m/m (declividade)<br />

A= 1,20m x 0,90m= 1,08m 2 (seção transversal)<br />

Q/L= K x G x A<br />

20m 3 /dia/m= K x 0,01m/m x 1,08m 2<br />

K= 1852m/dia= 2,14 cm/s<br />

Escolhe-se um agregado, conforme Figura (4.11) que tenha mais de 2,14cm/s.<br />

4-4




4.2 Tubos perfurados<br />

Os perfurados podem ser dos seguintes materiais: concreto, cerâmicos, plásticos ou metal.<br />

Os tubos perfurados de concreto ou cerâmica deverão satisfazer as exigências da ABNT e os tubos<br />

de plásticos deverão atender as normas da ABNT NBR-7367/88 NB-281 e NBR-7362/99 e no caso de tubos<br />

metálicos ABNT NBR-8161/83 PB-77.<br />

Os diâmetros dos tubos variam de 10cm a 25cm, sendo que no caso de materiais plásticos flexíveis<br />

corrugados os mesmos são da ordem de 5cm a 20cm conforme DNER, 1990.<br />

Os furos dos tubos de concreto podem variar de 6mm a 10mm, enquanto que os furos dos materiais<br />

plásticos flexíveis corrugados, possuem ranhuras que vão de 0,6mm a 10mm.<br />

No caso em que haja posição dos furos, os mesmos deverão ser colocados para cima, e isto exige<br />

que na base da vala do dreno, seja instalado material impermeável até a altura dos furos iniciais. Nas outras<br />

condições deve-se colocar um colchão filtrante no fundo da vala.<br />

No caso de tubos plásticos corrugados flexíveis, por serem totalmente ranhurados, não há<br />

necessidade de direcionar as aberturas de entrada de água, conforme DNER, 1990.<br />

Figura 4.5 - Tubo perfurado para drenagem da marca Tigre com comprimento de 6m e diâmetros de 100mm e<br />

150mm<br />

Figura 4.6 - Vista lateral do tubo perfurado para drenagem da marca Tigre com comprimento de 6m e diâmetros de<br />

100mm e 150mm. Notar as ranhuras.<br />

4-5




Figura 4.7 - Vista lateral do tubo Tigre tubos para drenagem drenoflex 65mm e 110mm<br />

Figura 4.8 - Tubo de metal corrugado com furos em todas as direções<br />

A perfuração dos tubos perfurados de polietileno (PE) obedece a algumas diretivas gerais.<br />

Diâmetro do tubo<br />

Tabela 4.1 - Perfuração dos tubos de polietileno PE<br />

Área dos furos Diâmetro da Largura da<br />

por cm 2 /m perfuração<br />

ranhura<br />

circular<br />

retangular<br />

Comprimento<br />

máximo da<br />

ranhura<br />

100mm a 250mm 31 cm 2 /m 4,76mm 3,18mm 64mm<br />

300mm a 450mm 42 cm 2 /m 9,53mm 3,18mm 77mm<br />

> 450mm 42 cm 2 /m 9,53mm 3,18mm 77mm<br />

Fonte: CPPA- Corrugated polyethylene pipe association, 1998<br />

4.3 Cálculo do número mínimo de furos do dreno longitudinal<br />

4-6




A descarga a ser drenada por metro linear de dreno longitudinal será a correspondente a descarga de<br />

1,0m da base drenante, conforme DNER, 2000.<br />

Q= Cd x A x N x (2 x g x h) 0,5<br />


Q= descarga (m 3 /s)<br />

Cd= coeficiente de vazão = 0,61<br />

A= área de cada orifício (m 2 )<br />

N= número de furos<br />

g= aceleração da gravidade = 9,81m/s 2<br />

h= a carga sobre cada orifício suposta em média de 0,10m<br />

Q= Cd x A x N x (2 x g x h) 0,5 Q= 0,61 x A x N x (2 x 9,81 x 0,10) 0,5<br />

N=Q/ (0,85 x A)<br />

O DNER, 1990 recomenda que os diâmetros dos furos sejam de 0,60mm a 10mm, dependendo do<br />

diâmetro da brita que envolver o tubo.<br />


Calcular o número de furos por metro linear de um dreno com diâmetro de furo de 10mm e vazão por metro<br />

linear de 50m 3 /dia.<br />

Q= 50m 3 /dia= 50/ 86400s= 0,000579m 3 /s<br />

A= π x D 2 / 4 = 3,1416 x (0,01 2 ) / 4= 0,0000785m 2<br />

N= Q/ (0,85 x A)<br />

N= 0,000579/ (0,85 x 0,0000785)= 9 furos de 10mm de diâmetro cada.<br />

4.4 Material usado na drenagem<br />

Os materiais usados nas bases drenantes são os agregados de rocha sadia, britados ou não.<br />

Sendo DNER, 1990, as faixas usadas exigem um afastamento relativamente pequeno entre os<br />

tamanhos máximos e mínimos, por exemplo: 1 ¼” à ¾”, 3/8” à 1/8”, etc de modo a manter a permeabilidade<br />

elevada.<br />

Ainda segundo o DNER, 1990 a experiência tem recomendado algumas curvas para agregados de<br />

graduação que estão na Figura (4.11).<br />

Neste desenho, verifica-se que as cincos granulometrias recomendadas se situam entre os diâmetros<br />

de 1 ½” e 1”, 1 ½” e peneira nº 4, ¾” e 3/8”, 3/8” e peneira nº 4 e peneira nº 4 e peneira nº 8.<br />

O Federal Highway Administration recomenda que o tamanho mínimo do material a ser usado nas<br />

bases drenantes seja o da peneira n٥ 4.<br />

Tabela 4.2 Peneira e porcentagem que passa pela mesma<br />

Tamanho das peneiras conforme os padrões<br />

Porcentagem do que passa<br />

americanos<br />

½” 100%<br />

3/8” 95%<br />

#4 35%<br />




Fonte: Estado de New Jersey, 2004<br />

4-7




4.5 Recarga com tubos perfurados (exfiltração)<br />

Quando queremos fazer a recarga com tubos perfurados temos, que observar que o lençol freático<br />

esteja no mínimo a 1,20m abaixo da geratriz inferior, para que seja feita a infiltração propriamente dita.<br />

Notar que o diâmetro dos furos será um fator limitante, pois, quanto menor for os diâmetros dos furos<br />

e sua quantidade, menor será a vazão. Um outro fator limitante é o coeficiente de condutividade hidráulica K<br />

(mm/h).<br />

Figura 4.9- Tubo perfurado usado para recarga do lençol freático. Observar o nível do lençol freático e o nível do grade<br />

existente.<br />

Para um furo do tubo que conduz as águas pluviais, a vazão Qp é calculada pela equação do orifício:<br />

Qd= Cd x A (2 x g x H) 0,5<br />


Qd= vazão para um furo (m 3 /s)<br />

Cd= coeficiente de descarga = 0,60<br />

g= aceleração da gravidade= 9,81m/s 2<br />

H= altura da água acima da perfuração (m)<br />

Na prática a vazão em cada furo varia segundo a altura do nível de água pluvial dentro do tubo. Para<br />

isto existe um exemplo conforme Figura (4.10).<br />

4-8




Figura 4.10 Vazão em função da altura da água no tubo de 300mm. Observar que há uma equação polinomial.<br />

Fonte: Technical notes 2.195 de janeiro de 2004- ADS http://www.ads-pipe.com<br />


Um tubo perfurado funcionando à seção plena conduzindo águas pluviais tem diâmetro de 300mm com 120<br />

buracos/m de 9,525mm (0,009525m) com área total de 0,008546m 2 /m.<br />

H=0,30m (altura do tubo)<br />

D= diâmetro do furo= 0,009525m<br />

A= π x D 2 /4=(3,14x0,009525 2 /4= 0,0000712m 2<br />

Qd= Cd x A (2 x g x H) 0,5 =0,60 x 0,0000712 (2 x 9,81 x 0,30) 0,5 = 0,0001036m 3 /s<br />

Sendo Qd a vazão que sai por um furo e para 120 tubos teremos:<br />

Qd= 120tubos x 0,0001036m 3 /s=0,01244m 3 /s<br />

Lei de Darcy<br />

A vazão Qs pela lei de Darcy é a seguinte:<br />

Qs= K x G x A<br />


Qs= vazão de percolação no solo (m 3 /s/m)<br />

G= gradiente hidráulico ∆H/L (m/m)<br />

A= soma das áreas das perfurações (m 2 /m)<br />

K= condutividade hidráulica (m/s). A Tabela (4.3) e (4.5) apresentam sugestões de valores de K.<br />


Calcular a vazão de percolação no solo quando a condutividade hidráulica K=1000m/dia=0,01157m/s=<br />

42mm/h.<br />

G= ∆H/L= 1,20m/0,90=1,33<br />

A= 120 tubos x 0,0000712m 2 =0,008544m 2 Qs= K x G x A<br />

Qs= 0,011575m/s x 1,33 x 0,008544m 2 =0,000132m 3 /s/m<br />

Observar que a vazão que passa pelos furos é bem maior que a vazão de percolação, isto é, Qp>>Qs<br />

daí se concluir que a vazão que irá pelo solo é muito menor da vazão que sai pelos furos do tubo de águas<br />

pluviais. Isto mostra que para este caso o fator determinante é a capacidade de infiltração no solo<br />

4-9




Tabela 4.3- Sugestão de valores da condutividade hidráulica K (mm/h)<br />

Descrição do solo Normas alemãs Dados da CIRIA<br />

Mínimo (mm/h) Máximo (mm/h) Mínimo (mm/h) Máximo (mm/h)<br />

Pedregulhos<br />

36.000 100.000<br />

grosso<br />

Media e fino<br />

3.600 18.000 10 1.000<br />

pedregulhos<br />

Pedregulho<br />

1.000 10.000<br />

arenoso<br />

Areia grossa 1.000 6.000<br />

Areia media 200 1.000 0,1 100<br />

Areia fina 36 360<br />

Solo franco<br />


Solo silto arenoso 1 100<br />

Solo franco<br />


0,01 1<br />

0,005 0,05<br />

Silte 0,03 20 0,0005 0,05<br />

Solo siltoso 0,001 3,6<br />

Solo argiloso 0,0001 0,01 0,00005 0,005<br />

Fonte: Alan A. Smith and Tai D. Bui<br />

Tabela 4.4- Condutividade hidráulica usada no programa HydroCAD 7.1<br />


Condutividade hidráulica<br />


Solo arenoso 21<br />

Solo franco arenoso 6<br />

Solo franco 1,3<br />

Solo franco argiloso 0,3<br />

Fonte: adaptado de http://www.hydrocad.net/exfilt.htm.<br />

Cedergren e seus colegas in Chin 2000, sugerem que os agregados em volta de um tubo tenham no<br />

minimo K=4000m/dia=4,6cm/s que é adequado para qualquer trincheira de infiltração.<br />

4-10




Figura 4.11- Permeabilidade segundo US Standard<br />


4-11




O DNER, 1990 utiliza a Tabela (4.5) para se achar os agregados, sendo o mais usado a<br />

condutividade hidráulica de K=2,1cm/s (agregados menores) a K=42cm/s (agregados maiores).<br />

Tabela 4.5 – Coeficientes de condutividade hidráulica K<br />

Material Granulométrica Condutividade Hidráulica<br />


(cm) (cm/s) (mm/h) (m/s)<br />

Brita 5 7,5cm a 10cm 100 3600000 1<br />




Brita 1 1 a 2 15 540000 0,15<br />


Areia grossa 0,2 a 0,5 1 x 10 -1 3600 0,001<br />

Areia fina 0,005 a 0,04 1 x 10 -3 36 0,00001<br />

Silte 0,0005 a 0,005 1 x 10 -5 0,36 1E-07<br />

Argila Menor que 0,0005 1 x 10 -8 0,00036 1E-10<br />


4.6 Drenagem de pavimentos<br />

O DNER, 1990 apresenta modelo de cálculo de drenagem de pavimento em áreas onde a<br />

precipitação média anual é maior que 1500mm ou em estradas que passem por dia mais de 500 veículos<br />

comerciais.<br />

Os valores empregados em infiltração em pavimentos asfálticos são os seguintes:<br />

Tabela 4.6- Taxas de infiltração para a camada de revestimento<br />

Tipo da camada de revestimento<br />

Valores da taxa de infiltração<br />

(adimensional)<br />

Revestimento de concreto betuminoso 0,33 a 0,50<br />

Revestimento de concreto de cimento 0,50 a 0,67<br />

Chuva de projetos: Tr= 1ano e chuva de duração de 1hora.<br />

Tempo máximo de permanência das águas nas camadas do pavimento= 1hora<br />

Quantidade de chuva a escoar<br />

Considera-se uma faixa de 1m de largura de asfalto e C= taxa de infiltração.<br />

I= intensidade da chuva (mm/h)<br />

D= comprimento da faixa com largura de 1,00m (m)<br />

C= taxa de infiltração (adimensional)<br />

Q= vazão que escoa vindo da superfície por ocasião de chuva (m 3 /dia)<br />

Q=C x I x D x 24 /1000<br />


Calcular a vazão em m 3 /dia de um dreno cego de um pavimento com taxa de infiltração C=0,33 com<br />

comprimento D=10m<br />

Adoto Tr=2anos e chuva de duração de 1h para RMSP temos I=39,3mm/h<br />

Q=CxIx Dx 24 /1000<br />

Q= 0,33 x 39,3mm x 10m x 24h / 1000= 3,1m 3 /dia<br />

4-12




4.7 Determinação da espessura “e” da camada drenante conhecida a sua permeabilidade hidráulica.<br />

Dando como conhecida a permeabilidade hidráulica K a espessura “e” é fornecida pela Equação.<br />

e= (C x I x D x 24 ) / (1000 x K x S)<br />


e= espessura da camada drenante (m)<br />

C= coeficiente de infiltração (adimensional)<br />

I= intensidade da chuva (mm/h)<br />

D= comprimento da faixa de 1m de largura (m)<br />

K= condutividade hidráulica da camada de pedra britada adotada (mm/h)<br />

S= declividade (m/m) do dreno cego ou dreno francês, sendo no minimo de 1%.<br />


Calcular a espessura e da camada drenante de um dreno cego de um pavimento com taxa de infiltração<br />

C=0,33 com comprimento D=10m, espessura e= 0,20m e declividade S=0,01m/m com K= 2500mm/h.<br />


e= (C x I x D x 24 ) / (1000 x K x S)<br />

e= (0,33 x 39,3 x 10 x 24 ) / (1000 x 2500 x0,01)= 0,12m<br />

4.8 Determinação da permeabilidade hidráulica necessária de camada drenante de espessura préfixada.<br />

K= (C x I x D x 24 ) / (1000 x e x S)<br />


Calcular a condutividade hidráulica K de um dreno cego de um pavimento com taxa de infiltração C=0,33 com<br />

comprimento D=10m, espessura e= 0,20m e declividade S=0,01m/m.<br />


K= (C x I x D x 24 ) / (1000 x e x S)<br />

K= (0,33 x 39,3 x 10 x 24 ) / (1000 x 0,20 x 0,01)= 1556mm/h<br />

4.9 Tempo máximo de permanência das águas infiltradas na camada drenante<br />

V= ( K x S) / (ne x 1000)<br />

Tempo de permanência = Comprimento do dreno/ (V x 3600)<br />


V= velocidade de percolação (m/h)<br />

K= condutividade hidráulica (mm/h)<br />

S= declividade do dreno (m/m)<br />

ne= porosidade efetiva do material usado (adimensional)<br />

Tempo de permanência em horas.<br />


Calcular a velocidade de percolação de um dreno cego com K=75600mm/h =2,1cm/s, declividade S=<br />

0,01m/m e ne=0,40 com dreno de 15m de comprimento.<br />

V= ( K x S) / (ne x 1000 )<br />

V= ( 75600x0,01) / (0,40 x 1000 ) = 1,89m/h<br />

Tempo de permanência = Comprimento do dreno/ V<br />

Tempo de permanência = 15/ 1,89=8h<br />

4.10 Espaçamento das linhas dos drenos<br />

Existem ocasiões em que é necessário rebaixar o lençol freático de 1,5m a 2,0m e para isto os drenos<br />

tem que ser construídos em paralelo a uma certa distância. Conforme estudos do DNER, 1990 o<br />

espaçamento entre as linhas de tubulações de dreno é dado pela Equação:<br />

E= 2 x h ( K /q ) 0,5<br />


E= espaçamento entre as linhas de dreno (m).<br />

4-13




H= altura do lençol freático acima da linha dos drenos (m)<br />

K= condutividade hidráulica do solo (m/s)<br />

q= contribuição da infiltração por m 2 de área sujeita à precipitação (m 3 /s/m 2 )<br />

Figura 4.12- Espaçamento entre os drenos<br />



Calcular o espaçamento entre as tubulações de linha de dreno para rebaixar um lençol freático com altura<br />

h=2,00m, e condutividade hidráulica do solo K= 50mm/h=0,0000139m/s<br />

Adoto Tr=2anos e chuva de duração de 1h para RMSP temos I=39,3mm/h.<br />

q= C x I x A = 0,50 x (39,3/1000) /3600 x 1m 2 = 0,0000055m 3 /s/m 2<br />

E= 2 x h ( K /q ) 0,5<br />

E= 2 x 2,0 ( 0,0000139 /0,0000055 ) 0,5 = 6,35m<br />

Portanto, as linhas de dreno deverão ficar espaçadas de 6,35m.<br />

4.11 Comprimento crítico da tubulação<br />

Os drenos são construídos espaçados um do outro do espaçamento “E” e a água infiltrada no solo vai<br />

para o tubo dreno que tem declividade mínima de 1%.<br />

Calcula-se a contribuição que o dreno recebe por metro linear Qm que será:<br />


k= coeficiente de segurança = 2<br />

O comprimento crítico Lc será:<br />

Qm= q x E x k<br />

Lc= Q / Qm<br />


Q= vazão máxima (m 3 /s) admitida<br />

Usa-se a Equação de Manning para qualquer seção o valor da vazão Q.<br />

V= (1/n) x R (2/3) x S 0,5<br />

Q= V x A<br />


V= velocidade média (m/s)<br />

R= raio hidráulico (m)<br />

S= declividade do dreno (m/m)<br />

Q= vazão (m 3 /s)<br />

A= área molhada (m 2 )<br />

Área molhada (m 2 )<br />

R = --------------------------------<br />

Perímetro molhado (m)<br />

Para tubo de seção circular a vazão plena Q será:<br />

Q= 0,312 x D 8/3 x S 0,5 / n<br />


n= coeficiente de rugosidade de Manning. n=0,015 para concreto<br />

4-14




S= declividade da tubulação (m/m)<br />

D= diâmetro do tubo (m)<br />

Q= vazão na tubulação (m 3 /s)<br />

Tabela 4.7- Vazões a seção plena de tubos de concreto de 5cm a 45cm e para declividades de<br />

0,005m/m a 0,05m/m conforme Equação de Manning.<br />

Diâmetro da tubulação<br />

Vazão a seção plena (m 3 /s)<br />

m/m m/m m/m m/m m/m m/m m/m m/m m/m m/m<br />

cm m 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05<br />

5 0,05 0,000 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,002<br />

10 0,10 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,008 0,009 0,010 0,010<br />

15 0,15 0,009 0,013 0,016 0,019 0,021 0,023 0,025 0,026 0,028 0,030<br />

20 0,20 0,020 0,028 0,035 0,040 0,045 0,049 0,053 0,057 0,060 0,064<br />

25 0,25 0,036 0,052 0,063 0,073 0,082 0,089 0,097 0,103 0,109 0,115<br />

30 0,30 0,059 0,084 0,103 0,119 0,133 0,145 0,157 0,168 0,178 0,188<br />

35 0,35 0,089 0,127 0,155 0,179 0,200 0,219 0,237 0,253 0,268 0,283<br />

40 0,40 0,128 0,181 0,221 0,256 0,286 0,313 0,338 0,361 0,383 0,404<br />

45 0,45 0,175 0,247 0,303 0,350 0,391 0,428 0,463 0,495 0,525 0,553<br />


Calcular o comprimento crítico Lc sendo q= 0,00001m 3 /s/m 2 a vazão de entrada das águas de chuva, sendo<br />

o espaçamento entre as tubulações de drenagem E=7,00m e k=2.<br />

A vazão média Qm será:<br />

Qm= q x E x k<br />

Qm= 0,00001 x 7 x 2=0,00014m 3 /s/m<br />

O comprimento crítico Lc será:<br />

Lc= Q / Qm<br />

Escolhendo conforme Tabela (4.7) a declividade mínima de 1% e diâmetro de 0,10m a vazão a seção<br />

plena é 0,004m 3 /s.<br />

Lc= 0,004 / 0,00014= 28,6m<br />

Portanto, o comprimento crítico é 28,6m. Caso o comprimento seja maior que o crítico, pode-se<br />

aumentar o diâmetro da tubulação ou diminuir o espaçamento entre os drenos.<br />

4.12 Escoamento em aqüífero não confinado usando a hipótese de Dupuit<br />

O engenheiro francês A. J. E. J. Dupuit formulou em 1863 as equações básicas do escoamento<br />

baseado em algumas hipóteses.<br />

Mais tarde em 1930 Forchheimer as utilizou e as hipóteses são conhecidas como de Dupuit-<br />

Forchheimer, que dão resultados satisfatórios em aqüíferos não confinados e rasos em que a declividade da<br />

superfície livre é pequena.<br />

As hipóteses de Dupuit são muito úteis em diversos problemas e são as seguintes:<br />

1.O gradiente hidráulico é igual a declividade do lençol freático<br />

2. Para pequenos gradientes dos lençóis freáticos as linhas são horizontais e as linhas equipotenciais são<br />

verticais.<br />

4.12.1 Escoamento em aqüífero não confinado sobre área impermeável<br />

Em Delleur, 1999 aplicando a hipótese de Dupuit e a equação de Darcy conforme Figura (4.13)<br />

chegou-se a conclusão que:<br />


K .( h 1 – h 2 2 ) = Re. L 2<br />


Re=q= taxa de recarga por unidade de largura (m 2 /dia)<br />

4-15




h 1 = altura da origem (m)<br />

h 2 = altura (m)<br />

h= altura da vala (m)<br />

L= comprimento (m)<br />

E= espaçamento entre dois drenos (m)<br />

L= E/2<br />

Fazendo as substituições temos:<br />

E= 2h (K/q) 0,5<br />

Que é a Equação usada pelo DNER, 1990.<br />

Figura 4.13- Escoamento em aqüífero não confinado sobre uma área impermeável<br />

Fonte: Delleur, 2002<br />

4.12.2 Escoamento em aqüífero não confinado sobre área impermeável com infiltração para recarga.<br />

Quando há infiltração w que corresponde na prática a taxa de recarga. Dupuit usando a Figura (4.13)<br />

chegou às seguintes Equações.<br />

h= [ h 2 1 - (h 2 1 - h 2 2 ) x/ L + (w/K) ( L – x ) x] 0,5<br />


h= é altura na distância x (m)<br />

x= é a distância desde a origem (m)<br />

h 1 = é a altura do nível de água na origem (m)<br />

h 2 = é a altura do nível de água (m)<br />

L= é a distância da origem até o ponto h 2 (m)<br />

K=condutividade hidráulica (m/dia)<br />

w= taxa de recarga (m/dia)<br />

Conforme Fetter, 1994 a Equação acima acha qualquer altura h entre os dois pontos iniciais h 1 e h 2 .<br />

Caso não haja a taxa de recarga, isto é, w=0 teremos:<br />

h= [ h 1 2 - (h 1 2 - h 2 2 ) x/ L ] 0,5<br />

A descarga qém qualquer seção na distancia x será q´x.<br />

q´x= K (h 2 1 - h 2 2 )/ (2L) - w ( L/2 – x )<br />


q´x = escoamento por unidade de largura na distancia x (m 2 /dia)<br />

x= distância da origem (m)<br />


h 1 = altura do nível da água na origem (m)<br />

h 2 = altura do nível de água (m)<br />

4-16




L= distância da origem até o ponto h 2 (m)<br />


Figura 4.14- Escoamento em aqüífero não confinado sujeito a infiltração ou evaporação<br />


Distância até a divisão das águas d<br />

Dupuit achou o seguinte valor:<br />


h 1 = é a altura do nível de água na origem (m)<br />

h 2 = é a altura do nível de água (m)<br />

L= é a distância da origem até o ponto h 2 (m)<br />

K=condutividade hidráulica (m/dia)<br />


d= L/2 – (K/w) (h 1 2 - h 2 2 )/2L<br />

Altura máxima do lençol freático hmax<br />

A altura máxima se dará no ponto de divisão das águas que fica na distância d.<br />

hmax= [ h 1 2 - (h 1 2 - h 2 2 ) d/ L + (w/K) ( L – d ) d] 0,5<br />


Um canal foi construído a 450m de distância de um rio. Ambos estão num aqüífero de areia com<br />

condutividade hidráulica K= 1,2m/dia. A área tem precipitação média anual de 0,54m por ano e evapotranspiração<br />

de 0,39m/ano. A elevação da água no rio é de h 1 =9,3m e a do canal h 2 = 8,1m. Achar o ponto de<br />

divisão do lençol freático, a altura máxima de elevação e a descarga por 100m de rio e a descarga por 100m<br />

de canal.<br />

h 1 = 9,3m<br />

h 2 = 8,1m<br />

L= 450m<br />

K= 0,36m/dia<br />

Precipitação anual= 0,54m<br />

Evapo-transpiração anual= 0,39m<br />

Taxa de recarga= 0,15m/ano<br />

W= 0,000411m/dia<br />

Largura do canal = 1000m<br />

Distância até a divisão das águas<br />

d= L/2 – (K/w) (h 1 2 - h 2 2 )/2L<br />

d= 450/2 – (0,36) (9,3 2 - 8,1 2 )/2. 450 = 205m<br />

Altura máxima do lençol freático hmax<br />

hmax= [ h 1 2 - (h 1 2 - h 2 2 ) d/ L + (w/K) ( L – d ) d] 0,5<br />

hmax= [ h 1 2 - (9,3 2 – 8,1 2 ) 205/450 + (0,000411 / 0,36) ( 450 –205 ) 205] 0,5 =12m<br />

A descarga qém qualquer seção na distância x será q´x.<br />

4-17





Descarga quando x=0<br />

q´x= [K (h 2 1 - h 2 2 )/ (2L) - w ( L/2 – x )] 1000m<br />

q´x= [0,36 (9,3 2 - 8,1 2 )/ (2. 450) ] 1000m= - 84m 3 /dia por 1000m<br />

O sinal negativo indica que o fluxo é contra o sentido de x.<br />

Descarga quando x=L<br />

q´x= [K (h 2 1 - h 2 2 )/ (2L) - w ( L/2 – x )] 1000m<br />

q´x= [0,36 (9,3 2 - 8,1 2 )/ (2. 4350) – 0,000411 ( 450/2 – 450 )] 1000m= 101m 3 /dia / 100m<br />


Na Figura (4.12) temos um exemplo de como usar as hipóteses de Dupuit numa barragem de terra, tendo a<br />

condutividade hidráulica K do maciço. Poderemos assim obter a curva do lençol freático.<br />

h 1 = 6m<br />

h 2 = 2m<br />

K=0,066m/dia<br />

L=24m<br />

Figura 4.15- Barragem de terra<br />


A descarga será:<br />

w=0<br />


q´x= K (h 2 1 - h 2 2 )/ (2L) = 0,066 ( 62 – 22) ( 2. 24)=0,044m 3 /dia/m<br />

A vazão que irá escoar dentro do maciço da barragem é de 0,044m 3 /dia/m de barragem.<br />

A variação do nível de água será:<br />

h= [ h 2 1 - (h 2 1 - h 2 2 ) x/ L + (w/K) ( L – x ) x] 0,5<br />

mas w=0<br />

h= [ h 2 1 - (h 2 1 - h 2 2 ) x/ L ] 0,5<br />

Valor de Variação de h<br />

x<br />

(m) (m)<br />

0 6,00<br />













4-18




Variação do nivel de água na barragem de<br />

terra<br />

Nivel de água (m)<br />





0 5 10 15 20<br />

Comprimento (m)<br />

Figura 4.16- Variação de h com o comprimento x<br />

4.13 Recarga devido a infiltração.<br />

A água infiltrada no solo pode carregar contaminantes agrícolas, industriais e de esgotos para os<br />

aqüíferos subterrâneos, de maneira que é muito importante o controle da qualidade das águas pluviais.<br />

A recarga é um fenômeno muito difícil de ser medido, mas Wu et al (1996) in Dingman, 2002<br />

instalaram lisímetros na faixa de 1,5m a 5,0m de profundidade,<br />

Não temos dados do solo, declividade, etc<br />

4.13.1 Infiltração para 5,00m de profundidade<br />

Para os lisímetros com diâmetro de 0,60m instalados a 5,00m de profundidade não houve influência<br />

direta da precipitação e sim uma avaliação de pico somente anualmente chegando-se a seguinte equação:<br />

R I =0,87 ( P – ET – 274 )<br />


R I = infiltração a 5,00m de profundidade (mm)<br />


ET= evapo-transpiração média anual (mm)<br />


Pelo método de Thornthwaite e Mather achou-se em Campos do Jordão na bacia do rio Sapucaí-Guaçu a<br />

precipitação média anual P=1771mm e a evapo-transpiração ET= 684mm. Calcular a estimativa da infiltração<br />

média anual usando a Equação de Wu, 1996.<br />

R I =0,87 ( P – ET – 274 )<br />


P= 1771mm<br />

ET= 684mm<br />

R I =0,87 ( 1771 – 684 – 274 ) = 707,73mm (varia de 202mm a 831mm com media de 471mm).<br />

4.13.2 Infiltração para 1,50m de profundidade.<br />

Para os lisímetros instalados a 1,5m houve uma influência dos eventos de precipitação e não da<br />

evapo-transpiração, obtendo-se a equação:<br />

R I = 0,87 ( P – 52,5)<br />


R I = infiltração (mm) a 1,50m de profundidade<br />

P= precipitação da chuva considerada (mm)<br />

Observar que não há infiltração a 1,50m quando a precipitação for igual ou menor que 52,5mm e que<br />

somente precipitações que são maiores que 52,5mm é que produzem infiltração que atingem 5m de<br />

profundidade.<br />

4-19





Achar a infiltração a 1,50m de profundidade para uma chuva de 2h, e período de retorno de 25anos, com<br />

altura total de 85,1mm da cidade de São Paulo.<br />

R I = 0,87 ( P – 52,5)<br />

P=85,1mm<br />

R I = 0,87 ( 85,1 – 52,5)= 28,3mm<br />

4.13 Recarga de bacia<br />

Aplicando ainda as hipóteses de Dupuit-Forchheimer, para uma recarga num aqüífero não confinado,<br />

onde a largura W tem que ser maior que a profundidade do aqüífero H, ou seja,W ≥ H conforme Figura (4.17)<br />

A taxa de infiltração Re é destinada a recarga e obtemos:<br />

Figura 4.17- Infiltração<br />

Fonte: Delleur, 2002<br />

(hc – he) = Re W 2 /(8T)<br />

hc – he = Re W 2 /(8.K.H)<br />

hc= he + Re W 2 /(8.K.H)<br />


hc= altura da água subterrânea no centro (m)<br />

he= altura a uma determinada distância do centro (m)<br />

W= largura da área a ser infiltrada (m)<br />

T= transmissibilidade = K (H + hc/2) = K.H<br />

Re= taxa de recarga (m/dia)<br />

K= condutividade hidráulica do solo (m/dia)<br />

4-20





Uma bacia retangular de recarga tem largura W= 70m e a taxa de recarga é Re= 0,6m/dia. Foi observado em<br />

campo que he= 0,10m K= 2,40m/dia H= 150m. Achar hc.<br />

Nota: o valor de H tem que ser bem maior que o valor de W para as hipóteses de Dupuit-Forchheimer serem<br />

válidas.<br />

hc= he + Re W 2 /(8.K.H)<br />

hc= 0,1 + 0,6 x 70 x 70 / ( 8 x 2,40 x 150)= 1,10m<br />

4.14 Trincheira de exfiltração<br />

Vamos explicar a trincheira de exfiltração conforme Chin, 2000, que é utilizada quando queremos<br />

infiltrar águas pluviais em uma trincheira de infiltração subterrânea utilizando-se de um tubo perfurado que<br />

conduz a água até a mesma conforme Figura (4.18). Usamos o nome trincheira de exfiltração para diferenciar<br />

da trincheira de infiltração. Ela é similar a trincheira de infiltração, mas com a diferença que é subterrânea e<br />

pode ser construída debaixo de estacionamento de veículos, superfícies pavimentadas e ruas.<br />

Uma trincheira de exfiltração para ter longa durabilidade, isto é, não entupir (clogging), deve ser feito<br />

antes um pré-tratamento das águas pluviais removendo os sedimentos e poluentes. O pré-tratamento pode<br />

ser considerada como a faixa de filtro gramada, a limpeza de ruas e a remoção de sedimentos, pois o<br />

acumulo de sedimentos na trincheira de exfiltraçao é de difícil remoção e ficará dispendioso a remoção da<br />

tubulação e do material de pedra britada circundante a mesma.<br />

A trincheira de exfiltração é também chamada de dreno francês ou trincheira de percolação,<br />

conforme Chin, 2000.<br />

Geralmente a trincheira de exfiltração é usada off line em áreas residenciais de até 4ha e áreas<br />

comerciais até 2ha, conforme Chin, 2000<br />

É muito usado como pré-tratamento a faixa de filtro gramado com 6m de largura para remover as<br />

partículas de sedimentos que possam entupir a trincheira<br />

Deve ser usada em solos que a condutividade hidráulica seja maior que 2m/dia (83mm/h) e a<br />

distância mínima do fundo da mesma até o lençol freático não pode ser menor que 1,20m.<br />

Um poço raso ou amazonas para abastecimento de água doméstico deve ficar no mínimo a 30m da<br />

trincheira de exfiltração.<br />

A distância das fundações de um prédio tem que ser no minimo de 6m e a declividade do solo não<br />

deve ser maior que 20%.<br />

A vazão que vai para a trincheira de exfiltração pode ser constante ou não. A vazão será constante<br />

quando fornecida por uma bomba ou quando as águas pluviais provem do escoamento superficial devido a<br />

uma chuva.<br />

A vazão da trincheira de exfiltração Q é igual a soma de duas vazões, uma no fundo e outra nos<br />

lados da trincheira.<br />

Q = Qb + 2x Qs<br />


Q= vazão total da trincheira de exfiltração<br />

Qb= vazão do fundo da trincheira<br />

Qs= vazão de cada lado da trincheira<br />

4-21




Figura 4.18- Trincheira de exfiltração. Observar a altura H, a largura W e que o fundo está no minimo a 1,20m do lençol freático.<br />

O tubo perfurado recebe a água que será infiltrada no fundo e nas paredes (metade de H).<br />

Vazão que exfiltra no fundo da trincheira Qb<br />

Qb = Kt . W. L<br />


Kt= condutividade hidráulica da trincheira<br />

W= largura da trincheira<br />

L= comprimento da trincheira<br />

Vazão que exfiltra no lado da trincheira Qs<br />

Qs= Kt x Aperc<br />


Gradiente hidráulico = G= 1 (admitido)<br />

Aperc= lado da área da trincheira por onde a água se infiltra<br />

É adotado na prática comum que a exfiltraçao se dá na metade da altura da trincheira e assim teremos:<br />

H=altura da trincheira conforme Figura (4.18) (m).<br />

Aperc= (1/2) . L . H<br />

Como<br />

Q = Qb + 2x Qs<br />

Fazendo as substituições teremos:<br />

Q = Qb + 2. Qs = Kt. W. L + 2 . Kt . (1/2) L. H= Kt. L ( W + H)<br />

L= Q/ ( Kt (W + H)<br />

4-22





L= comprimento da trincheira (m)<br />

W= largura da trincheira (m)<br />

H= altura útil da trincheira (m). Existe uma camada de cerca de 0,50m sobre a trincheira preenchida com solo<br />

local, daí a observação de altura útil.<br />

Q= vazão que é bombeado ou injetado na trincheira (m 3 /dia)<br />

Kt= condutividade hidráulica do solo ao lado da trincheira (m/dia)<br />

O objetivo do dimensionamento de uma trincheira de exfiltração é achar a largura W, o comprimento<br />

L, a altura H, tendo conhecido a condutividade hidráulica Kt e a vazão de entrada Q.ão mais eficiente tem 1m<br />

de largura por 2m de profundidade, devendo o lençol freático estar no minimo a 1,20m do fundo da trincheira.<br />

Ainda conforme Chin, 2000 o tubo perfurado instalado ser for de aço deve ter no mínimo 320<br />

perfurações / m 2 , sendo as perfurações de diâmetro de 0,95mm.<br />

A taxa de infiltração será:<br />

N= Q/ (L x W)<br />


N= taxa de infiltração (m/dia)<br />


Q= vazão que é bombeada ou injetada na trincheira (m 3 /dia)<br />

Equação de Hantush<br />

Existe um lençol freático que tem altura “b”, porosidade efetiva S y e condutividade hidráulica K.<br />

Observar que a condutividade hidráulica K do aqüífero saturado pode ser diferente daquela da zona de<br />

aeração.<br />

Queremos saber que com a infiltração da água no lençol freático como o mesmo sobe e saber se isto<br />

não vai ocasionar problema do escoamento devido a necessidade de se manter sempre no mínimo 1,20m do<br />

lençol freático até o fundo da trincheira de exfiltração, sendo isto importante<br />

O parâmetro “ν” será:<br />

ν = Kx b/ S y<br />

b 1 = 0,5 x ( hi + h(t))<br />


ν = parâmetro (m 2 /dia)<br />

b 1 = espessura do lençol freático no tempo t (m)<br />

Sy= porosidade efetiva (adimensional)<br />

hi= altura inicial da espessura do lençol freático (m)<br />

h(t)= altura no tempo t (m)<br />

Hantush, 1967 in Chin, 2000 obteve a seguinte equação:<br />

h m 2 (t)= hi 2 + ( 2Nx ν x t/K) x S* ( W/ (8 ν t) 0,5 , L /(8 ν t) 0,5 )<br />


hm =é a máxima altura do lençol freático no tempo t em relação a base (m)<br />

hi= espessura do lençol freático<br />

N= taxa de recarga (m/dia)<br />

t= tempo (horas)<br />

K= condutividade hidráulica do aqüífero (m/dia)<br />

W= largura da trincheira (m)<br />


ν = parâmetro (m 2 /dia)<br />

4-23




Tabela 4.8- Valores de de α e β conforme função de erro<br />

Fonte: Bouwer in Mays, 1999<br />

4-24




Tabela 4.9- continuação- Valores de de α e β conforme função de erro<br />

Fonte: Bouwer in Mays, 1999<br />


Seja um aqüífero com espessura b=10,7m com condutividade hidráulica K= 107m/dia e porosidade efetiva<br />

Sy= 0,2.<br />

Vamos aplicar sobre o mesmo um trincheira de exfiltração e queremos saber embaixo da mesma,<br />

como sobe o lençol freático, sabendo-se que o mesmo está a 5,00m da superfície do solo.<br />

O solo não saturado tem condutividade hidráulica Kt= 12m/dia.<br />

Supomos que a trincheira está enterrada 0,50. Isto é, sobre a mesma existe altura de solo local de<br />

0,50m.<br />

Queremos infiltrar no aqüífero 207m 3 /dia de água bombeada diretamente para um tubo perfurado que<br />

está no meio da trincheira.<br />

Supomos que os agregados na trincheira tenham mais de 2,5cm a 7,5cm e que haja furo suficiente<br />

para a exfiltração das águas pluviais.<br />

Supomos que a largura da trincheira W= 1,00m e que a profundidade da mesma H= 2,00m<br />

A taxa de infiltração será:<br />

L= Q/ [ Kt (W + H)]<br />

L= 207/ [ 12 (1 + 2)]= 5,75m Adoto L=6m<br />

N= Q/ (L x W)<br />

L= 6m<br />

N= 207/ (6 x 1)=34,5 m/dia<br />

O parâmetro ν será:<br />

ν = Kx b / Sy= 107 x 10,7 / 0,2 = 5.724,5 m 2 /dia<br />

Hantush, 1967 in Chin, 2000 obteve a seguinte equação:<br />

b1= 0,5 x [ hi + h(t)]<br />

h m 2 (t)= hi 2 + ( 2Nx ν x t/K) x S* ( W/ (8 ν t) 0,5 , L/ (8 ν t) 0,5 )<br />

4-25




h m 2 (t)= 10,7 2 + ( 2x34,5x 5725 x t/107) x S* ( 1 / (8 x5725 t) 0,5 , 6/ (8 x 5725 t) 0,5 )<br />

h m 2 (t)= 114 + 3692 x t x S* ( 0,00467 t 0,5 , 0,028/ t 0,5<br />

Para t= 1 dia teremos:<br />

h m 2 (t)= 114 + 3692 x 1dia x S* ( 0,00467 x 1 0,5 , 0,028/ 1 0,5 )<br />

h m 2 (t)= 114 + 3692 x 1dia x S* ( 0,00467 , 0,028)<br />

α= 0,00467<br />

β = 0,028<br />

Entrando na Tabela (4.8) e (4.9) com os valores de α e β e fazendo as interpolações achamos o valor<br />


h m 2 (t)= 114 + 3692 x 1dia x 0,00044= 114 + 1,6 =115,6<br />

hm = 115,6 0,5 =10,8m<br />

Portanto, o aqüífero que tinha 10,7m passou para 10,8m, isto é, subiu 0,10m, que não apresenta<br />

perigo pois, existe do fundo da trincheira até o nível do lençol freático a distância de 1,85m.<br />

Internet<br />

Uma outra maneira é entrar na internet no site e calcular<br />

http://www.aqtesolv.com/forum/rmound.asp<br />

Achamos 10,8m<br />

Poderemos também variar o tempo de 1 dia para 10 dias, 100dias, 1.000dias, 10.000dias, mas a<br />

altura de 10,80m permanecerá estável.<br />

0,50m<br />

Lençol<br />

freático<br />





Figura 4.19- Esquema para verificar o alteamento do lençol freático<br />

4-26




4.15 Recarga de bacias<br />

A recarga artificial de aqüíferos é a maneira pelo qual procuramos infiltrar a água superficial no solo.<br />

Quando uma trincheira ou bacia de infiltração começa a funcionar com as águas pluviais que lá<br />

chegaram, começa a percolação e temos que prever quanto sobe o lençol freático, pois sempre consideramos<br />

uma distância segura do mesmo até o fundo da trincheira ou bacia de infiltração.<br />

Esta distância segura deve ser no minimo de 1,2m conforme Figura (4.20). A equação de Hantush<br />

mostra como fazer isto.<br />

Malásia, 2005 mostra um exemplo citando um método gráfico de Bianchi e Mackel, 1970 que mostra<br />

a simplicidade para se achar o alteamento do lençol freático conforme Figura (4.21).<br />

Figura 4.20 Recarga de uma área quadrada<br />

Fonte: Todd, 1990 in Malaysia, 2005<br />

Vamos usar o gráfico de Bianchi e Muckel, 1970 da Figura (4.21) e para isto precisamos achar o<br />

coeficiente:<br />


L= comprimento (m).<br />

S= porosidade efetiva<br />

t= tempo (dias)<br />

T= transmissibilidade (m 2/ dia)<br />

L / ( 4.T. t /S) 0,5 = valor A<br />

Entrando no gráfico com x/L=0,5 e o valor A, isto é, queremos a altura do lençol no meio da bacia de<br />

infiltração e achamos:<br />

h.S/ w. t = valor B<br />

Tirando o valor de h temos:<br />

h= (valor B) . w. t / S<br />

Portanto, no meio da bacia de infiltração o lençol freático sobe em t dias a altura h.<br />

4-27




Figura 4.21 Gráfico adimensional para calculo de altura de água infiltrada em área de recarga quadrada<br />


4-28





Uma bacia de infiltração de forma quadrada tem 100m de lado, taxa uniforme de recarga de 0,5m/dia,<br />

transmissibilidade de 800m 2 /dia, porosidade efetiva do solo de 0,15 conforme Todd, 1980.<br />

Achar a altura que aumenta o lençol freático na borda da bacia após 15dias.<br />

L= 100m S= 0,15 t= 15dias S=0,15 w= 0,5m/dia T= 800m 2 /dia<br />

Vamos usar o gráfico de Bianchi e Muckel, 1970 da Figura (4.21) e para isto precisamos achar o<br />

coeficiente:<br />

L / ( 4.T. t /S) 0,5 =100 / ( 4 x 800 x 15 /0,15) 0,5 = 0,18<br />

Entrando no gráfico com x/L=0,5, isto é, queremos a altura do lençol no meio da bacia de infiltração e<br />

achamos:<br />

h.S/ w. t = 0,07<br />


h= 0,07 . w. t / S<br />

h= 0,07 x 0,5 x 15 / 0,15 = 3,50m<br />

Portanto, no meio da bacia de infiltração o lençol freático sobe em 15dias a altura de 3,5m.<br />

Tabela 4.10- Planilha de cálculos<br />

Forma: quadrada<br />

Comprimento (m) L= 100 m<br />

Recarga w (m/dia)= 0,5 m/dia<br />

Porosidade efetiva S= 0,15 adimensional<br />

Transmissibilidade (m 2 /dia)= 800 m 2 /dia<br />

T=K x D sendo D=espessura do aqüífero<br />

Tempo t em dias t= 15 dias<br />

L/(4.T. t/S) 0,5 = adimensional 0,18<br />

Valor achado no gráfico h. S / W. T= valor A 0,07 adimensional<br />

x= distância do centro até um ponto sob o quadrado da bacia a contar do centro<br />

x= L/ 2 ( distância do centro da bacia de infiltração até a borda) 50<br />

Valor x/L 0,5<br />

h= altura acima do lençol freático (m)= valor A . W. t / S = (m) 3,5<br />


Uma bacia de infiltração de forma quadrada com 5m de lado, taxa uniforme de recarga de 34,5m/dia,<br />

transmissibilidade de 800m 2 /dia, porosidade efetiva do solo de 0,2.<br />

Achar a altura que aumenta o lençol freático na borda da bacia após 1dias.<br />

L= 5m S= 0,2 t= 15dias S=0,2 w= 34.5m/dia<br />

K= 107m/dia<br />

D= espessura do aqüífero= 10,7m<br />

T= K . D= 107 x 10,7= 1144,9m 2 /dia<br />

L / ( 4.T. t /S) 0,5 =100 / ( 4 x 1144,9 x 1 /0,2) 0,5 = 0,03<br />

Entrando no gráfico da Figura (4.21) com x/L=0,5, isto é, queremos a altura do lençol no meio da<br />

bacia de infiltração e achamos:<br />

h.S/ w. t = 0,001<br />


h= 0,07. w. t / S<br />

h= 0,001 x 34,5 x 1 / 0,2 = 0,170m<br />

Portanto, no meio da bacia de infiltração o lençol freático sob em 1dias a altura de 0,17m.<br />

4-29




Tabela 4.11- Planilha de cálculos<br />

Forma: quadrada<br />

Comprimento (m) L= 5 m<br />

Recarga w (m/dia)= 34,5 m/dia<br />

Porosidade efetiva S= 0,2 adimensional<br />

Transmissibilidade (m 2 /dia)= 1144,9 m 2 /dia<br />

T=K x D sendo D=espessura do aqüífero 1144,9<br />

Tempo t em dias t= 1 dias<br />

L/(4.T. t/S) 0,5 = adimensional 0,03<br />

Valor achado no gráfico h. S / W. T= valor A 0,001 adimensional<br />

x= distância do centro até um ponto sob o quadrado da bacia a contar do centro<br />

x= L/ 2 ( distância do centro da bacia de infiltração até a borda) 2,5<br />

Valor x/L 0,5<br />

h= altura acima do lençol freático (m)= valor A . W. t / S = (m) 0,17<br />

4-30




4.16 Método que usa a trincheira para deter pico de enchente.<br />

Chin, 2000 e Urbonas, 1996 apresentam método semelhante para dimensionamento de trincheira de<br />

infiltração e bacia de infiltração.<br />

Urbonas diz que é o método recomendado pela Associação de Água e Esgoto da Suécia leva em conta<br />

que o fundo da trincheira entope rapidamente e para isto usa somente a metade das áreas verticais da<br />

trincheira.<br />

Figura 4.23- Esquema de exfiltração, observando o hidrograma de entrada e o de saída<br />

O método sugere ainda que o volume produzido pelo runoff seja acrescido de 25% devido a aplicação do<br />

Método Racional, sendo isto recomendado por Sjoberg e Martensson, 1982 in Urbonas, 1993.<br />

O método é baseado em que a trincheira retém um volume igual a diferença entre o volume do runoff e o<br />

volume de água infiltrado no solo durante a precipitação e temos que achar a máxima diferença. Isto é feito<br />

por tentativas usando o Método Racional e a Equação de Darcy.<br />

É assumido que a infiltração se dará abaixo da metade da altura da trincheira e é usado dois lados da<br />

mesma. Não se usa o fundo da trincheira, pois, supomos que o mesmo irá entupir no futuro.<br />

V armazenado = max (V in – V out )<br />

V in = V armazenado + V out<br />


Método Racional<br />

Q in = vazão de pico (m 3 /s)= CIA/360<br />

A= área da bacia (ha)<br />

C= coeficiente de escoamento superficial (adimensional)<br />

I= 1747,9 . Tr 0,181 / ( t+15) 0,89 Equação de Paulo Sampaio Wilken da RMSP<br />

Tr= período de retorno. Normalmente adotado Tr=2 anos.<br />

t= tempo em minutos<br />

I= intensidade de chuva (mm/h)<br />

Equação de Darcy<br />

Q out = 2(K. H/2 . L)= K.H.L<br />

Q out = vazão infiltrada nos dois lados da trincheira de altura H/2 (m 3 /s).<br />

H= profundidade (m)<br />


K=condutividade hidráulica em (mm/h)<br />

Volume armazenado= n. W. H. L<br />

n= porosidade efetiva<br />

4-31




W= largura (m)<br />

H= profundidade da trincheira (m)<br />


t= tempo (h)<br />

Num determinado tempo t temos:<br />

CIA t = n WHL + K x H x L t<br />

Tirando-se o valor de L temos:<br />

L= (CIA) t / [(n.W+ K .t) H]<br />

Profundidade máxima admissível<br />

A profundidade máxima admissível depende da textura do solo em que está a trincheira e da porosidade<br />

do reservatório de pedras britadas.<br />

d max = f . Ts / n<br />


d max = profundidade máxima permissível (m). Geralmente 0,90≤ d max ≤ 2,40m<br />

f= taxa final de infiltração (mm/h). Intervalo: 7,6mm/h ≤ f ≤ 60mm/h<br />

Ts=máximo tempo permitido (h). Varia de 24h ≤ Ts≤ 48h. Urbonas adota: 36h<br />

n= porosidade das pedras britadas do reservatório que compõe a trincheira de infiltração. Geralmente<br />

adota-se n=0,4<br />

dt= profundidade escolhida para projeto dt>0 dmax.<br />

Bacia de infiltração<br />

Observar que para bacia de infiltração não dividimos pela porosidade efetiva n.<br />

dmax= f. Ts<br />


Calcular a trincheira de infiltração para área residencial de 171m 2 com C=0,95, sendo K=23,33m/h,<br />

agregado com porosidade efetiva n=0,35, sendo que o lençol freático encontra-se a 3m de profundidade da<br />

superfície.<br />

K= 23,33mm/h<br />

A= 0,171ha C=0,95 . n=0,35 K=23,22mm/h W=1,00m<br />

d max = 23,33mm/h . 36h / 0,35=2400mm=2,4m Adotamos H=2,00m.<br />

Tirando-se o valor de L temos:<br />

L= (CIA) t / [(n.W + K .t) H]<br />

L= (0,95. I. 0,0171) t 1 x 60s/ [(0,35.1,00 + (23,33/1000) .t 2 ) 2,00]<br />

Sendo t 1 em minutos e t 2 em horas. Cuidado não errar!<br />

I= 1747,9 . Tr 0,181 / ( t+15) 0,89 para t em minutos.<br />

Dica: usar período de retorno Tr= 2anos conforme adotado por Urbonas<br />

L= (0,95. 1747,9 . 2 0,181 / ( t+15) 0,89 . 0,0171) t / [(0,35.1,00 + 23,33 .t) 2,00]<br />

Temos o comprimento L em função do tempo em horas e, fazendo-se a Tabela (4.13), achamos o valor<br />

de L=13m.<br />

Adotando um comprimento de 14m, a largura será 1,00m, a profundidade será 2,00m e volume de água<br />

na trincheira será de 9m 3 em 2h de precipitação.<br />

4-32




Tabela 4.12 - Cálculos para determinar o comprimento L<br />

Tempo tempo Período Intens. C A Q=CIA/360 1,25Q Porosidade<br />

de retorno Chuva<br />

(h) (min) (anos) (m/h) (ha) (m 3 /s) (m 3 /s) efetiva<br />

1 2 3 4 5 6 7 8 9<br />

0,50 30 2 66,93 0,95 0,0171 0,003 0,004 0,35<br />

1,00 60 2 42,48 0,95 0,0171 0,002 0,002 0,35<br />

1,50 90 2 31,49 0,95 0,0171 0,001 0,002 0,35<br />

2,00 120 2 25,18 0,95 0,0171 0,001 0,001 0,35<br />

2,50 150 2 21,06 0,95 0,0171 0,001 0,001 0,35<br />

3,00 180 2 18,15 0,95 0,0171 0,001 0,001 0,35<br />

3,50 210 2 15,98 0,95 0,0171 0,001 0,001 0,35<br />

4,00 240 2 14,29 0,95 0,0171 0,001 0,001 0,35<br />

4,50 270 2 12,95 0,95 0,0171 0,001 0,001 0,35<br />

5,00 300 2 11,84 0,95 0,0171 0,001 0,001 0,35<br />

5,50 330 2 10,92 0,95 0,0171 0,000 0,001 0,35<br />

6,00 360 2 10,14 0,95 0,0171 0,000 0,001 0,35<br />

6,50 390 2 9,47 0,95 0,0171 0,000 0,001 0,35<br />

7,00 420 2 8,89 0,95 0,0171 0,000 0,001 0,35<br />

Tabela 4.13 - Cálculos para determinar o comprimento L<br />

Tempo de<br />

retenção<br />

Prof. Max Largura W Altura H<br />

adotada<br />

K L Volume água Área da<br />

trincheira<br />

(h) (m) (m) (m) (mm/h) (m) (m 3 ) (m 2 )<br />

10 11 12 13 14 15 16 17<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 9 7 9<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 12 8 12<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 12 9 12<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 13 9 13<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 13 9 13<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 13 9 13<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 13 9 13<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 13 9 13<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 13 9 13<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 13 9 13<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 13 9 13<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 13 9 13<br />

36 2,40 1 2,0 23,33 12 9 12<br />

Nota: o volume obtido por este método fornece praticamente o dobro do volume de WQv.<br />

4-33




4.17 Routing -Método Modificado de Pulz<br />

Figura 4.24- Tubo perfurado com exfiltração<br />

Entrada= saída + exfiltração+ mudança no armazenamento<br />

(I 1 + I 2 )/2= (Q 1 + Q 2 )/2 + (X 1 +X 2 )/2 + (V 2 – V 1 )/ Δt<br />

( I 1 + I 2 ) =(2V 2 // Δt + Q 2 + X 2 ) – ( 2V 1 / Δt + Q 1 +X 1 ) + 2Q 1 + 2X 1<br />

( I 1 + I 2 ) = f(V 2 , Q 2 , X 2 ) – f(V 1, Q 1, X 1 ) + 2Q 1 + 2X 1<br />


I 1 = vazão no início do período de tempo<br />

I 2 = vazão no fim do período de tempo<br />

Q 1 = vazão de saída no início do período de tempo<br />

Q 2 = vazão de saída no fim do período de tempo<br />

Δt = duração do período de tempo<br />

V 1 = volume no início do período de tempo<br />

V 2 = volume no fim do período de tempo<br />

X 1 = vazão de exfiltração no período de tempo<br />

X 2 = vazão de exfiltração no fim do período de tempo<br />

4.18 Detalhes do projeto<br />

A camada de pedra britada nº 3 com diâmetro médio de 50mm deverá estar envolvida em bidim para<br />

evitar entupimento de partículas de solo muito fina. O tubo perfurado deve ter a geratriz superior 75mm a<br />

150mm abaixo do topo da camada de pedra britada.<br />

O tubo perfurado deve estar praticamente plano com declividade da ordem de 0,5% para promover a<br />

exfiltração. Ao longo do tubo perfurado deve haver um colar para evitar o caminhamento da água junto ao<br />

tubo. O diâmetro mínimo do tubo perfurado é de 200mm devido a manutenção.<br />

Há necessidade de pré-tratamento.<br />

Para isto é necessário que a taxa de percolação seja K ≥ 15mm/h e que o nível do lençol freático na<br />

pior condição esteja no mínimo a 1,00m do fundo da camada de pedra.<br />

É importante salientar que o valor K=15mm/h é um valor difícil de se achar em áreas de solo argiloso<br />

onde o valor de K varia de 0,2mm/h a 6mm/h.<br />

A Figura (4.25) mostra a instalação de tubos perfurados para infiltração no solo e a Figura (4.26) é<br />

um corte transversal da caixa de pedra para micro-drenagem com tubos perfurados.<br />

4-34




Figura 4.25- Corte de uma instalação com tubos perfurados para infiltração no solo<br />

Figura 4.26- Corte transversal da caixa de pedra para micro-drenagem com tubos perfurados<br />

4-35




4.19 Descarga da exfiltração<br />

A exfiltração num tubo perfurado para conduzir águas pluviais pode ser modelada através da Equação<br />

(4.1) de um orifício variando o coeficiente de descarga Cd de 0 a 0,62, mas tudo depende da profundidade h e<br />

da vazão<br />

Q= C d x A x (2 x g x h) 0,5 (Equação 4.1)<br />


Cd= coeficiente de descarga = 0,62<br />

A= área do orifício (m 2 )<br />

g= aceleração da gravidade (m/s 2 )<br />

h= altura (m)<br />

Devido a complexidade para adotar a equação do orifício, Ontário, 2003 Paul Wisner e associados<br />

em 1994 apresentaram a Equação (4.2) aproximada que depende da área perfurada por metro de tubo, da<br />

declividade do tubo e da vazão de entrada que fornece bons resultados.<br />

Q exf = ( 15 x A – 0,06x S + 0,33) Q entrada (Equação 4.2)<br />


Q exf = vazão exfiltrada pelas perfurações do tubo (m 3 /s)<br />

A= área de perfurações /m de comprimento de tubo (m 2 /m)<br />

S= declividade do tubo perfurado (%)<br />

Q entrada = vazão de entrada longitudinal no tubo perfurado (m 3 /s)<br />

Nota: a Equação (4.2) foi baseada em tubos de 300mm e com perfurações de 12,7mm e 7,9mm.<br />

Deve ser ter cuidado em usar a equação para diâmetros muito grandes ou tubos com perfurações<br />

muito grande. Usando a Equação (4.2) pode ser feito tabelas para se obter a exfiltração.<br />


Seja uma galeria de águas pluviais com 130m com tubos perfurados de diâmetro de 200mm com cinqüenta<br />

perfurações de 12,7mm de diâmetro por metro de tubo e assentados com declividade de S=0,5%. As pedras<br />

britadas que serão usadas são as de nº 3.<br />

O bidim estará envolvendo a camada de pedra para evitar entupimento. A profundidade máxima da<br />

caixa de pedras é de 1,50m<br />

A área de um furo= 3,14 x 0,0127 2 / 4= 0,000126613 m 2<br />

Como temos 50furos por metro a área A= 50 x 0,000126 6613= 0,006m 2 /m<br />

S=0,5%<br />

Q exf= (15 x A – 0,06 x S + 0,33) Q entrada<br />

Q exf= (15 x 0,006 – 0,06x 0,5 + 0,33) Q entrada<br />

Q exf= 0,39 x Q entrada<br />

4-36




Altura da água no<br />

tubo variando de<br />

zero a altura do<br />

tubo 0,20m<br />

Tabela 4.14 Vazão de exfiltração em função da altura de água no tubo<br />

Q entrada (vazão<br />

que entra na<br />

tubulação)<br />

Q exfiltração<br />

(volume que<br />

passa pelos<br />

furos)<br />

Q saída = Q entrada -Q<br />

exfiltração<br />

(m) (m 3 /s) (m 3 /s) (m 3 /s)<br />

0,000 0,0000 0,0000 0,0000<br />

0,025 0,0010 0,0004 0,0006<br />

0,050 0,0030 0,0012 0,0018<br />

0,075 0,0065 0,0012 0,0053<br />

0,100 0,0120 0,0025 0,0095<br />

0,125 0,0165 0,0047 0,0118<br />

0,150 0,0210 0,0064 0,0146<br />

0,175 0,0220 0,0082 0,0138<br />

0,200 0,0230 0,0086 0,0144<br />

Fonte: Ontário, 2003<br />

4.20 Volume de armazenamento<br />

Conforme Ontario, 2003 o volume de armazenamento no reservatório é feito com pedra nº 3 é<br />

fornecido pela Equação (4.3) e Figura (4.26).<br />

V= L x W x D x n x f (Equação 4.3)<br />


V= volume de armazenamento (m 3 )<br />

L= comprimento da tubulação perfurada (m)<br />

W= largura da caixa de pedra nº 3 (m)<br />

D= profundidade da caixa de pedra (m)<br />

f= 0,75 = fator de longevidade para o solo nativo<br />

n= 0,40=espaço vazio nas pedras.<br />

O critério usando em Ontário, 2003 é que o volume de armazenamento deverá ter no mínimo 5mm<br />

da área da bacia e no máximo 25mm.<br />

Pode-se usar na prática o volume para melhoria da qualidade das águas pluviais:<br />

WQv=(P/1000) x Rv x A.<br />

Portanto, V=WQv.<br />


Sendo a área de 1ha, com área impermeável de 70% AI=70% achamos o volume WQv.<br />

Rv= 0,05+0,009x AI= 0,68<br />

WQv= (25/1000) x 0,68 x 1ha x 10.000m 2 =170m 3<br />

Supor comprimento L=130m, altura de D=1,50 e largura de W=3,00m e índice de vazios n=0,40 e f=0,75.<br />

V= L x W x D x n x 0,75 x f<br />

V= 130 x 3,0x 1,50 x 0,40 x 0,75 = 176m 3 >170m 3 OK.<br />

4-37




4.21 Vazão infiltrada pela camada de pedra do tubo perfurado<br />

Sendo conhecido o volume V temos as dimensões da caixa de pedra: L, W e D. Assim podemos<br />

calcular a vazão que será infiltrada conforme Ontário, 2003:<br />

Q= f x (P/3600000) x (2xLx D + 2 x W x D + L x W) x n (Equação 4.4)<br />


Q= vazão (m 3 /s) dependente do volume V<br />

P= taxa de percolação (mm/h)<br />


D= profundidade (m)<br />

W=largura (m)<br />

n= índice de vazios= 0,4<br />

f= fator de longevidade conforme Tabela (4.15)<br />

Podemos desprezar o termo WxD, pois ai não há infiltração e teremos:<br />

Q= f x (P/3600000) x (2Lx D + L x W) x n (Equação 4.5)<br />

O fator de longevidade f pode ser adotado pela Tabela (4.15).<br />


Tabela 4.15- Fator de longevidade conforme a taxa de percolação P<br />

Taxa de percolação do solo- P<br />


Fator de longevidade<br />

(f)<br />

P< 25 0,50<br />



Calcular a vazão infiltrada na caixa de pedra britada com 130m de comprimento, profundidade da caixa de<br />

pedra de D=1,50m, largura da caixa de pedra W= 3,00m e taxa de percolação P= 50mm/h.<br />

Q= f x ( P/3600000) x (2L x D +L x W) x n<br />

Q= 0,75 x (50/3600000) x (2x 130x 1,50 + 130 x 3,00) x 0,4= 0,00325m 3 /s = 3,25 L/s<br />

Será infiltrado no solo 0,00325m 3 /s e se a entrada de águas pluviais for maior que este valor haverá<br />

overflow sendo a vazão de água encaminhada para uma galeria de águas pluviais convencional ou para um<br />

córrego mais próximo.<br />

A Figura (4.27) mostra uma galeria de micro-drenagem onde há tubos perfurados para infiltração no<br />

solo. A idéia central é que grande parte das águas pluviais sejam infiltradas no solo.<br />

4-38




Figura 4.27- Perfil de galeria de águas pluviais com tubos perfurados aplicado na cidade de Etobicoke.<br />


4.22 Custos<br />

Apesar de uma parte das águas pluviais se infiltrarem a redução dos custos de uma micro-drenagem<br />

com tubos perfurados economiza somente 10% do custo dos tubos.<br />

4-39


Capítulo 5- Carga de sólidos devido ao runoff<br />

Engenheiro Plínio Tomaz 08 de agosto de 2008 pliniotomaz@uol.com<br />


Carga de sólidos no runoff<br />

Cerca de 2.100 aC, próximo ao fim da 11 a dinastia, um chefe das forças egípcias de Mentuhotep relata a abertura de 14 poços<br />

profundos para um exército de 3.000 homens.<br />

Água Subterrânea e poços tubulares- Johnson, 1969<br />

5-1







Capitulo 5- Carga de sólido no runoff<br />


5.2 Lixo e Materiais flutuantes<br />

5.3 Carga de lixo em áreas residenciais, comerciais e industriais<br />

5.4 Acúmulo de poeiras e detritos em ruas<br />

5.5 Remoção de poeira e detritos nas ruas (washoff)<br />

5.6 Método RUSLE (equação revisada universal de perda de solo)<br />

5.7 Fator de erosividade R<br />

5.8 Fator de erodibilidade do solo K<br />

5.9 Fator topográfico LS<br />

5.10 Fator de prática de cultura C<br />

5.11 Fator de prática contra erosão P<br />

5.12 Estimativa de carga poluente pelo Método Simples de Schueler<br />



5-2




Capitulo 5-Carga de sólidos devido ao runoff<br />

5.1-Introdução<br />

O objetivo é mostrar metodologia para estimar a carga de sólidos de uma bacia devido ao lixo,<br />

materiais flutuantes e poeiras e detritos em ruas e a erosão do solo em espaços abertos.<br />

Todo este trabalho foi feito baseado na Usepa, 2004 no trabalho de Chi-Yuan Fan denominado<br />

Sewer Sediment and Control- a management practices reference guide, EPA/600/R-04/059 de<br />

janeiro de 2004.<br />

Usaremos também muitas informações brasileiras sobre perda de solos baseado no livro de<br />

Hidrologia e Recursos Hídricos do prof. Dr. Antonio Marozzi Righetto da Universidade de São<br />

Carlos da USP.<br />

5.2 Lixo e materiais flutuantes<br />

O lixo urbano trata-se de papeis, plásticos, pontas de cigarros, pedaços de madeira, etc que<br />

encontramos nas ruas, nos parques, nos jardins e nas lojas de lanches rápidos.<br />

A quantidade de lixo varia enormemente de local para local e achamos para o Brasil uma<br />

média aproximada de 2% do lixo urbano vai acabar nas galerias de águas pluviais.<br />

A cidade de Auckland, Nova Zelândia a taxa anual de lixo está na Tabela (5.1) conforme<br />

Usepa, 2004.<br />

Tabela 5.1- Valores da taxa anual de lixo, volume seco e peso<br />

Taxa de carga anual Volume seco<br />

Peso seco<br />

Categoria das áreas<br />

de lixo<br />

(kg/ha x ano)<br />

(m 3 /ha x ano)<br />

(kg/m 3 )<br />

Área comercial 1,35 0,014 96,4<br />

Área industrial 0,88 0,009 97,8<br />

Área residencial 0,53 0,006 88,3<br />

Fonte: USEPA, 2004<br />

5.3 Carga de lixo em áreas residências, comerciais e industriais<br />

Conforme Armitage e Rooseboom, 2000 in Usepa, 2004 a equação empírica para determinar o<br />

volume de lixo na África do Sul é o seguinte:<br />

T= Σ fsci x ( Vi + Bi) Ai<br />


T= carga anual de lixo em áreas residenciais, comerciai e industriais (m 3 /ano)<br />

fsci= fator de limpeza da rua que varia de fsci=1,0 para limpeza regular para fsci=6,0 para quando<br />

não há serviço de limpeza nas ruas.<br />

Vi= carga total da vegetação para cada tipo de solo Vi varia de 0,0 m 3 /ha x ano para solos com pouca<br />

vegetação para 0,5m 3 /ha x ano para solos com vegetação densa.<br />

Ai= área de cada tipo de solo (ha)<br />

Bi= taxa básica de lixo para cada tipo de solo conforme Tabela (5.2)<br />

5-3




Tabela 5.2- Taxa de lixo para cada tipo de categoria de área<br />

Taxa de lixo para cada tipo de área<br />

Categoria das áreas<br />

Bi<br />

(m 3 /ha x ano)<br />

Área comercial 1,20<br />

Área industrial 0,80<br />

Área residencial 0,01<br />

Fonte: Usepa, 2004<br />


Calcular a carga anual de lixo e materiais flutuantes conforme Armitage e Rooseboom, 2000 in<br />

Usepa, 2004.<br />

Temos áreas de residências de baixa densidade e alta densidade. Temos escola, área<br />

comercial, área industrial e Parques públicos. As respectivas áreas são em hectares.<br />

Para cada uso do solo temos os valores de Bi, Vi, fsci.<br />

Calculamos cada valor de T.<br />

T= Σ fsci x ( Vi + Bi) Ai<br />

Para a primeira linha temos:<br />

Bi=0,01 m 3 /ha/ano<br />

Vi=0,02 m 3 /ha/ano<br />

Ai= 300ha<br />

fci=1 (adotado)<br />

T= fsci x ( Vi + Bi) Ai<br />

T= 1,0 x (0,01+0,02) x 300ha=9m 3 /ano<br />

Como a densidade da área residencial baixa é de 88,3kg;m 3 teremos então o total de lixo em kg:<br />

Total de lixo em kg= 88,3 kg/m 3 x 9m 3 /ano=795kg/ano.<br />

Da mesma maneira procedemos o cálculos para os outros tipos de área, sendo que o total<br />

anual será de 45.677kg/ano de lixo e materiais flutuantes que chegarão as galerias de águas pluviais<br />

conforme Tabela (5.3).<br />

É o chamado first flush da poluição difusa.<br />

Uso do solo<br />

Tabela 5.3- Calculo das área residências, comerciais e industriais<br />

Área Carga de lixo Carga de Fator T= fsci x ( Vi Densidade<br />

(ha) básico Bi vegetação Vi fsci + Bi) x A (kg/m 3 )<br />

(m 3 /ha /ano) (m 3 /ha ano)<br />

Total de lixo<br />

kg/ano)<br />

Residência com 300 0,01 0,02 1 9 88,3 795<br />

baixa densidade<br />

Residência com 100 0,02 0,02 1 4 88,3 353<br />

alta densidade<br />

Escola 20 0,02 0,03 1 1 88,3 88<br />

Área comercial 200 1,2 0,03 1 246 96,4 23714<br />

Área industrial leve 100 0,8 0,03 1 83 97,8 8117<br />

Parques 280 0,5 0,01 1 143 88,3 12609<br />

1000 Total 486 Total 45677<br />

5.4 Acúmulo de poeira e detritos em ruas<br />

Há duas situações: a primeira é quando o sedimento está depositado (buildup) e depois o seu<br />

transporte (washoff).<br />

• A deposição dos sedimentos (buildup) é o processo pelo qual há acumulação da<br />

deposição seca nas áreas impermeáveis.<br />

5-4




• A lavagem (washoff) é o processo pelo qual a deposição seca acumulada é removível<br />

pela chuva e pelo runoff e é incorporada ao escoamento do fluido.<br />

Acumulação de sedimentos em ruas (buildup)<br />

A EPA tem três tipos de equações para estimar a carga de poeira e detritos e iremos apresentar<br />

somente a equação de Michaelis-Menon que é a seguinte:<br />

DD= (DDLIM) (T) / (DDFACT +T)<br />


DD= acumulação de poeira e detritos nas ruas (g)<br />

DDLIM= limite de acumulação (g)<br />

T= tempo (dias). Usualmente toma-se T=10dias<br />

DDFACT=é um coeficiente normalmente adotado e igual a 0,90 x dias que é o tempo entre as<br />

chuvas.<br />


Calcular o acúmulo de poeira e detritos em ruas conforme Tabela (5.4).<br />

Tipo de<br />

estrada<br />

Tabela 5.4- Acumulação na rua de poeiras e detritos<br />

Comprimento Valores máximos T coeficiente<br />

total de guias(m) (g/metro de sarjeta) (tempo) DDFAC<br />

dias =0,9dias<br />

Comprime<br />

nto (km)<br />

MiCHAE<br />

LIS (g)<br />

g x<br />

comp<br />

r<br />

Rua 6 12.000 250 10 0,9 229 2748<br />

Artéria 2 4.000 180 10 0,9 165 661<br />

secundaria<br />

Artéria 1 2.000 150 10 0,09 149 297<br />

principal<br />

Total= 9 18.000 3710<br />

Para a primeira linha da Tabela (5.4) temos:<br />

DD= (DDLIM) (T) / (DDFACT +T)<br />


T= 10dias<br />

DDFACT=0,9<br />

DDLIM= 250g/metro de sarjeta<br />

DD= (250 (10) / (0,9 +10)= 229 g<br />

Portanto, teremos 229g por metro e em 12.000m teremos:<br />

Total= 12.000m x 229g/1000= 2.748kg/ano de poeira e detritos acumulados em 12.000metros.<br />

Procedemos da mesma maneira nas outras ruas obtendo o total de 3.710kg de poeira e detritos<br />

acumulados por todas as ruas.<br />

5.5 Remoção de poeira e detritos nas ruas (washoff)<br />

A carga de poeira e detritos é calculada usando a equação de Sarton e Boyd, 1972 in Usepa,<br />


N= No x [1 – EXP(-K x R)]<br />


N= quantidade de poeira e detritos na carga de lavagem (g/metro de sarjeta)<br />

No= quantidade de poeira e detritos no inicio (g/metro de sarjeta)<br />

EXP= exponencial (e)<br />

K= coeficiente de washoff (carga de lavagem) que varia de 0,167 a 1,007 dependendo da intensidade<br />

da chuva, da categoria da carga de poeira e da textura da categoria da rua. Para uma rua não muito<br />

importante adota-se K=0,5 e para ruas principais K=1,0 e para ruas intermediarias K=0,75.<br />

5-5




R= precipitação total (mm). Normalmente se adota R=5mm de precipitação<br />


Da continuidade do Exemplo (5.2), calcular a carga de lavagem (washoff)<br />

A estimativa da poeira de acumulação é calculado da seguinte maneira:<br />

Para a primeira linha:<br />

12.000metros de sarjeta<br />

12.000m x 250 g/metro de sarjeta/1000= 3.000kg= No<br />

Da mesma maneira cálculos os outros valores.<br />

Os coeficientes de lavagem (washoff) K escolhidos estão na coluna 3<br />

Aplicando a Equação de Sarton e Boyd,1972 temos:<br />

N= No x [1 – EXP(-K x R)]<br />

K= 0,50<br />

R=5mm<br />

No= 2748 (calculado no Exemplo (5.1))<br />

N= 2748 x [1 – EXP(-0,50 x 5]=2.556kg<br />

Da mesma maneira calculamos os outros valores conforme Tabela (5.5).<br />

Portanto, a carga de lavagem total será 3.467 kg para todos os tipos de ruas.<br />

Isto significa que cada chuva que cai carrega para as galerias de águas pluviais 3,467kg e<br />

como temos durante um ano 20 chuvas com mais de 5mm, por exemplo, teremos que durante o ano a<br />

carga total de poeira e detritos nas ruas será:<br />

Carga total anual de poeiras e detritos= 20 precipitações >5mm x 3.467kg=69.340kg<br />

Rua<br />

Estimativa da<br />

acumulação<br />

de poeira<br />

(kg/ano)<br />

Tabela 5.5- Valores da carga de lavagem<br />

Coeficiente de<br />

lavagem K<br />

(washoff)<br />

Total de poeira da carga de lavagem<br />

(washoff) (kg)<br />

N=No x (1 – exp(-K x R))<br />

R=5mm chuva<br />

1 2 3 4<br />

Rua 2748 0,50 2526<br />

Artéria<br />

661 0,75 645<br />

secundaria<br />

Artéria principal 297 1,00 295<br />

Total 3710 Total= 3467<br />

Carga total anual= 20chuvas>5mm x 3467kg=69.340kg/ano<br />

5.6 Método RUSLE (equação revisada universal de perda de solo)<br />

O modelo mais conhecido para estimar a perda do solo pela erosão hídrica é o USLE, que foi<br />

desenvolvido por Wischmeier e Smith em 1965. Conforme Paiva, 2001 o maior propósito da Equação<br />

USLE é servir como guia sistemático no planejamento da conservação do solo.<br />

A Equação da RUSLE é:<br />

A= R. K. L S. C . P<br />


A= perda anual de solo do solo (ton/ha/ano) devido ao escoamento superficial;<br />

R= fator de erosividade. No Estado de São Paulo R varia de 575 a 800 MJ/ha/(mm/h)<br />

K= fator de erodibilidade que varia de 0,03 a 0,79 ton/MJ/ha/(mm/h).<br />

LS= fator de declividade e comprimento de encosta (adimensional)<br />

C= fator de prática de cultura variando de 0,001 a 1,0 (adimensional)<br />

5-6




P= fator de pratica de cultura contra erosão que varia de 0,3 a 1,0 (adimensional)<br />

5.7 Fator de erosividade R<br />

R= fator de erosividade da chuva (MJ/ha)/(mm/h). Existe um mapa de isoerosividade do<br />

Estado de São Paulo onde aparecem os valores de R, conforme a Figura (5.1).<br />

Para Guarulhos R= 675(MJ/ha)/(mm/h).<br />

Figura 5.1 - Curva de isoerosividade R do Estado de São Paulo em MJ/ha/(mm/h)<br />

Fonte: Bertoni & Lombardi Neto, 1985 in Righeto, 1998<br />

O fator de erosividade da chuva R é um índice número que representa o potencial de chuva e<br />

enxurrada para provocar erosão em uma área sem proteção. A perda de solo provocada por chuvas<br />

numa área cultivada é diretamente proporcional ao produto da energia cinética da chuva pela sua<br />

intensidade máxima em 30minutos. Esse produto é denominado de índice de erosão (EI 30 ). A média<br />

dos valores anuais de EI 30 de um longo período de tempo (mais de vinte anos) é o valor do fator de<br />

erosividade da chuva R.<br />

O valor R pode ser calculado de dados de pluviômetros, segundo modelo proposto por<br />

Lombardi Neto & Moldehauer, 1992 citados por Rufino, 1986 (Paiva et al, XIII Simpósio Brasileiro<br />

de Recursos Hídricos).<br />

A Equação foi desenvolvida em Campinas (SP) com objetivo de estimar a energia cinética.<br />

(Carvalho,1994) in Oliveira et al, no XIII Congresso Brasileiro de Recursos Hídricos).<br />

(EI)= 6,886 x (P m 2 / P) 0,85<br />



P m = precipitação média mensal (mm)<br />

(EI)= média mensal do índice de erosão em MJ.mm/h.ha<br />

R= Σ(EI)<br />

5-7





Para a cidade de Campos do Jordao.o valor achado de R=865 MJ/ha/(mm/h conforme Tabela (5.6)<br />

Tabela 5.6 - Média mensal de energia de erosão EI da cidade de Campos do Jordão<br />

Média mensal de<br />

Meses Precipitação média mensal<br />


energia de erosão<br />

EI<br />

MJ.mm/h.ha<br />

Jan 307 201<br />

Fev 239 131<br />

Mar 207 103<br />

Abr 102 31<br />

Mai 87 24<br />

Jun 49 9<br />

Jul 39 6<br />

Ago 36 5<br />

Set 93 26<br />

Out 146 57<br />

Nov 170 74<br />

Dez 303 197<br />

Total 1778 864<br />

5.8 Fator de erodibilidade do solo K<br />

Conforme Righetto, 1998 o fator de erodibilidade do solo K é a taxa de perda do solo por<br />

unidade de erosividade da chuva para um local de referência, correspondente a um determinado solo<br />

e a uma área de encosta de comprimento igual a 22,1m e declive uniforme de 9%.<br />

K= fator de erodibilidade do solo (ton/MJ)/(mm/h). É necessário a percentagem de areia e<br />

percentagem de silte e de matéria orgânica para se achar o valor de erodibilidade K.<br />

Há vários métodos para se achar o valor de K. Um deles é consultar a Tabela (5.7),<br />

observando que com o aumento da matéria orgânica diminui o fator de erodibilidade do solo. Não se<br />

recomenda a extrapolação para valores da quantidade de matéria orgânica maior que 4%.<br />

5-8




Tabela 5.7 - Fator de erodibilidade K do solo (ton/MJ/ha)/(mm/h)<br />

Ordem Classe de textura<br />

Quantidade de matéria orgânica<br />

< 0,5% 2% 4%<br />

1 Solo arenoso 0,07 0,04 0,03<br />

2 Solo arenoso fino 0,21 0,18 0,13<br />

3 Solo arenoso muito fino 0,55 0,48 0,37<br />

4 Franco arenoso 0,16 0,13 0,11<br />

5 Franco fino arenoso 0,32 0,26 0,21<br />

6 Franco muito fino arenoso 0,58 0,50 0,40<br />

7 Franco arenoso 0,36 0,32 0,25<br />

8 Franco arenoso fino 0,46 0,40 0,32<br />

9 Franco arenoso muito fino 0,62 0,54 0,44<br />

10 Franco 0,50 0,45 0,38<br />

11 Franco siltoso 0,63 0,55 0,44<br />

12 Silte 0,79 0,69 0,55<br />

13 Franco argilosa arenosa 0,36 0,33 0,28<br />

14 Franco argiloso 0,37 0,33 0,28<br />

15 Franco argiloso siltoso 0,49 0,42 0,34<br />

16 Areia argilosa 0,20 0,17 0,34<br />

17 Silte argiloso 0,33 0,30 0,25<br />

18 Argila 0,17 a 0,38<br />

Fonte: Wanielista, 1978 in Mays, 2001<br />

Nota: foi multiplicado o valor de K nas unidades inglesas por 1,32 conforme p. 15.74 do livro Stormwater Collection<br />

Design Handbook de Larry Mays, 2001.<br />

Systems<br />

Conforme Jones, et al o valor de K representa a susceptibilidade do solo a erosão e a<br />

quantidade de runoff. A textura do solo, a matéria orgânica, a estrutura e a permeabilidade<br />

determinam a erodibilidade de um solo em particular. Os valores K podem ser apresentados na<br />

Tabela (5.8).<br />

Tabela 5.8- Valores de K de acordo com o tipo de solo<br />

Tipo de solo Erodibilidade Valor de K<br />

Solo com textura fina ou solo<br />

Baixa 0,05 a 0,15<br />

com muita argila<br />

Solo com textura media ou solo<br />

Baixa 0,905 a 0,20<br />


Solo com textura media ou solo<br />

Moderada 0,25 a0,45<br />

franco<br />

Solo com alto teor de silte Alta 0,45 a 0,65<br />


Achar o valor de K para campos do Jordão para solo com textura fina<br />

Como a erodibilidade é baixa estimamos o valor de K=0,11.<br />

5.9 Fator topográfico LS.<br />

O fator topográfico (LS) combina dois fatores: L função do comprimento da rampa e S função da<br />

declividade média. O produto (LS), conforme Righetto, 1998 é fornecido pela Equação de<br />

Bertoni:<br />

5-9





(LS)= 0,00984 . S 1,18 . Lx 0,63<br />

(LS)= fator topográfico<br />

S= declividade média da encosta (%) sendo: S ≤ 35%<br />

Lx= comprimento da rampa (m) sendo: 10m ≤ L≤ 180m<br />

Não há precisão nos cálculos quando a rampa tiver mais que 180m ou quando a declividade da<br />

rampa for maior que 35%.<br />


Calcular LS para Campos do Jordão com L=50m e S=15%.<br />

(LS)= 0,00984 . S 1,18 . Lx 0,63<br />

(LS)= 0,00984 . 15 1,18 . 50 0,63 = 2,83<br />

5.10 C= fator de práticas de cultura.<br />

Quando foi feito o USLE foi somente para culturas de plantações. Depois foi expandido para<br />

outras áreas como de mineração.<br />

Acha-se “C” usando a Tabela (5.9):<br />

Tabela 5.9 - Fator de práticas do uso da terra<br />

Uso geral da terra<br />


Plantações 0,080<br />

Florestas virgens (C tende a 0,001) 0,0001<br />

Pastagens 0,010<br />

Vegetação natural 0,100<br />

Florestas 0,005<br />

Agricultura de Café 0,200<br />

Terras urbanas 0,010<br />

Área desnuda (C tende 1,00) e Outros 1,000<br />

Áreas Urbanas (Fernandes e Araújo XIII Simpósio Brasileiro de<br />

Recursos Hídricos - Açude Acarape, Ceará)<br />


Gramados (4,5 ton/ha x ano) 0,001<br />

Observar que quando temos solo gramado o valor da C da pratica de cultura é 0,001, que é um<br />

valor baixo o que mostra que os gramados funcionam muito bem contra a erosão dos solos.<br />

5-10





Estimar o valor de C para Campos do Jordão para gramado<br />

Estimamos para gramado C=0,001<br />

5.11 P= fator de prática contra a erosão.<br />

Conforme Righeto, 1998 as práticas de conservação do solo podem reduzir enormemente a<br />

perdas do solo: técnicas de terraceamento, faixas de contorno niveladas e cordões de vegetação<br />

permanente devem ser utilizados no manejo dos solo sujeitos a fortes erosões. As Tabelas (5.10) e<br />

(5.11) mostras valores de P.<br />

Tabela 5.10 - Fator de práticas contra erosão<br />

Uso geral da terra<br />

P<br />


Pastagens 1,0<br />


Terras urbanas 1,0<br />

Outros 1,3<br />

Fonte: Wanielista, 1978 in Mays, 2001.<br />

Tabela 5.11- Valores de P para alguns tipos de manejo do solo<br />

Inclinação do terreno (%)<br />

Tipo de manejo 2 a 7 8 a 12 13 a 18 19 a 24<br />

Plantio morro abaixo 1,0 1,0 1,0 1,0<br />

Faixas niveladas 0,50 0,60 0,80 0,90<br />

Cordões de vegetação permanente 0,25 0,30 0,40 0,45<br />

Terraceamento 0,10 0,12 0,16 0,18<br />

Fonte: Righeto, 1998<br />


Estimar o valor de P para Campos do Jordão para gramado<br />

Estimamos para gramado P=0,5<br />


Calcular o valor da perda de solo anual para Campos do Jordão usando a equação revisada da perda<br />

de solo (RUSLE);<br />

A= R. K. L S. C . P<br />

R= 864<br />

K=0,11<br />

LS=2,83<br />

C= 0,001<br />

P=0,5<br />

5-11




A= 864x 0,11x 2,83x0,001x 0,5=0,13 ton/ha xano<br />

Portanto, a perda de solo no gramado será de 0,13 ton/ha x ano.<br />

Tabela 5.12- Perda de solo por erosão anual pelo método do RUSLE<br />


Área de jardins Perda do solo por erosão kg<br />

(ha)<br />

(ton/ha x ano)<br />

Áreas residenciais, escolas, comercio e<br />

384 0,13 51563<br />


Parques 250 0,13 33570<br />

Total= 85.133<br />

Teremos uma perda anual de solo do gramado de 85.133kg/ano<br />


Calcular a carga total<br />

Colocando-se na Tabela (5.13) o resumo geral teremos:<br />

Tabela 5.13- Resumo<br />

Resumo geral<br />

Total parcial Porcentagem<br />

(kg)<br />

Lixo e sólidos flutuantes 45.677kg 23%<br />

Poeira e sujeira nas ruas 69.060kg 35%<br />

Erosão do solo pelo RUSLE 85.133kg 42%<br />

199.870kg 100%<br />

Área total=1000ha<br />

0,2ton/ha<br />

Conforme Tabela (5.13) teremos carga total anual de sólidos carregados pelas chuvas é de<br />

199.870kg observando que a erosão do solo é a maior porcentagem..<br />

Verificamos que 23% + 35% = 58% nos fornece os resíduos do first flush anual<br />

No valor está a carga total de sólidos descarregado pela bacia sendo que não calculamos a<br />

carga dos poluentes.<br />

5.12 Estimativa da carga de poluente pelo Método Simples de Schueler<br />

Schueler em 1987 apresentou um método empírico denominado “Método Simples” para<br />

estimar o transporte de poluição difusa urbana em uma determinada área.<br />

O método foi obtido através de exaustivos estudos na área do Distrito de Washington nos<br />

Estados Unidos chamado National Urban Runoff Program (NURP) bem como com dados da EPA,<br />

conforme AKAN, (1993).<br />

O Método Simples de Schueler, 1987 é amplamente aceito e requer poucos dados de entrada e<br />

é utilizado no Estado do Texas e no Lower Colorado River Authority, 1998<br />

AKAN, (1993) salienta que os estudos valem para áreas menores que 256ha e que são usadas<br />

cargas anuais.A equação de Schueler é similar ao método racional e nas unidades SI adaptada neste<br />

livro. Para achar a carga anual de poluente usamos a seguinte equação:<br />



L= carga do poluente anual (kg/ano)<br />


P j = fração da chuva que produz runoff. P j =0,9 (normalmente adotado)<br />

5-12




R v = runoff volumétrico obtido por análise de regressão linear.<br />

R v = 0,05 + 0,009 x AI<br />

(R 2 =0,71 N=47)<br />

AI= área impermeável (%).<br />

A= área (ha) sendo A≤ 256ha<br />

C= concentração média da carga do poluente nas águas pluviais da (mg/L)<br />

Valor de P j<br />

O valor de P j usualmente é 0,90 para precipitação média anual, mas pode atingir valor P j =0,5<br />

e para eventos de uma simples precipitação P j =1,0.<br />

Valores de C<br />

Conforme as pesquisas feitas por Schueler, (1987) e citadas por AKAN, (1993) e McCUEN,<br />

(1998) os valores médios da carga de poluição C em mg/L é fornecida pelas Tabelas (5.14) a (5.17)<br />

Tabela 5.14- Média dos Estados Unidos para concentrações médias nas águas pluviais<br />

Constituintes Unidades Runoff urbano<br />

TSS mg/L 54,5 (1)<br />

TP mg/L 0,26 (1)<br />

TN mg/L 2,00 (1)<br />

Cu μg/L 11,1 (1)<br />

Pb μg/L 50,7 (1)<br />

Zn μg/L 129 (1)<br />

S. Coli 1000 colonias/mL 1,5 (2)<br />

(1) Dados do NURP/USGS, 1998<br />

(2) Schueler, 1999<br />

Fonte: New York Stormwater Management Design Manual<br />

5-13




Tabela 5.15- Concentrações de poluentes em diversas áreas<br />

Constituintes TSS (1) TP (2) TN (3) S. Coli (1) Cu (1) Pb (1) Zn (1)<br />

(mg/L) (mg/L) (mg/L) (1000 (μg/L) (μg/L) (μg/L)<br />

col/ml)<br />

Telhado<br />

19 0,11 1,5 0,26 20 21 312<br />

residencial<br />

Telhado<br />

9 0,14 2,1 1,1 7 17 256<br />

commercial<br />

Telhado industrial 17 - - 5,8 62 43 1.390<br />

Estacionamento 27 0,15 1,9 1,8 51 28 139<br />

residencial ou<br />


Estacionamento 228 - - 2,7 34 85 224<br />


Ruas residenciais 172 0,55 1,4 37 25 51 173<br />

Ruas comerciais 468 - - 12 73 170 450<br />

Estradas rurais 51 - 22 - 22 80 80<br />

Ruas urbanas 142 0,32 3,0 - 54 400 329<br />

Gramados 602 2,1 9,1 24 17 17 50<br />

Paisagismo 37 - - 94 94 29 263<br />

Passeio onde passa 173 0,56 2,1 17 17 - 107<br />

carros e pessoas<br />

(entrada de carros<br />

nas garagens)<br />

Posto de gasolina 31 - - - 88 80 290<br />

Oficina de reparos 335 - - - 103 182 520<br />

de carros<br />

Indústria pesada 124 - - - 148 290 1.600<br />

(1) Clayton e Schueler, 1996 (2) Média de Steuer et al, 1997, Bannerman, 1993 e Waschbushch,2000<br />

(3) Steuer et al, 1997<br />

Fonte: New York Stormwater Management Design Manual<br />

5-14




Tabela 5.16 - Valores de “C”usados pelo Método Simples de Schueler, 1987 em mg/L.<br />

Poluente NURP Baltimore Washington NURP Virginia FHWA<br />

DC National<br />

Study<br />


suburbana<br />

Áreas<br />

velhas<br />



média Florestas Rodovias<br />

americanas<br />

0,26 1,08 0,46 0,15<br />


Nitrogênio 2,00 13,6 2,17 3,31 0,78<br />

Total<br />

COD 35,6 163,0 90,8 >40,0 124,0<br />

BOD 5dias 5,1 36,0 11,9<br />

Zinco 0,037 0,397 0,250 0,176 0,380<br />

Fonte: AKAN, (1993) e McCUEN, (1998).<br />

Na Tabela (5.17) estão os valores de concentração média adotado na Malásia.<br />

Tabela 5.17- Valores médios de concentração adotados na MALÁSIA em mg/L<br />

Vegetaç Área Área Área urbana Área em construção<br />


ão<br />

nativa/<br />

floresta<br />

rural industrial<br />

85 500 50 - 200 50- 200 4000<br />

Sedimentos<br />

Sólidos totais em 6 30 60 85<br />

suspensão (TSS)<br />

Nitrogênio total (NT) 0,2 0,8 1,0 1,2<br />


0,03 0,09 0,12 0,13<br />

(PT)<br />

Amônia 0,01- 0,01-0,26 0,01-9,8<br />


Coliformes fecais 260- 700 -<br />



Cobre 0,03 – 0,09<br />

Chumbo 0,2 – 0,5<br />

Fonte: MALÁSIA, (2000)<br />

Na Tabela (5.18) temos valores médios de poluentes fornecidos por Tucci, (2001).<br />

5-15




Tabela 5.18- Valores médios de parâmetros de qualidade de águas pluviais em mg/L para<br />

algumas cidades.<br />

Durham Cincinatti Tulsa<br />


Weibel et<br />

Porto Alegre APWA<br />

Colson, 1974 al., 1964 AVCO, 1970<br />

APWA, 1969<br />

mínimo máximo<br />

DBO 19 111,8 31,8 1 700<br />

Sólidos totais 1440 545 1523 450 14600<br />

pH<br />

Coliformes 23.000 8.000 1,5 x 10 7 55 11,2 x 10 7<br />

NPM/100ml<br />

Ferro 12 30,3<br />

Chumbo 0,46 0,19<br />

Amônia 0,4 1,0<br />

Fonte: TUCCI, (2001).<br />

Conforme USEPA, 2004 os valores de concentrações médias estão na Tabela (5.19).<br />

Tabela 5.19- Concentrações médias de nitrogênio, fósforo e bactérias (coliformes fecais)<br />

conforme o uso do solo<br />


Concentração média de<br />

nitrogênio<br />


Concentração média de<br />

fósforo<br />


Coliformes fecais<br />

Número de bactérias por<br />

100 mL<br />

Schueler, 2000<br />

Floresta 1,69 0,10 100<br />

Área residencial de baixa<br />

1,88 0,40 20.000<br />

densidade<br />

Área residencial de<br />

1,88 0,40 20.000<br />

densidade média<br />

Área residencial de alta<br />

1,90 0,29 20.000<br />

densidade<br />

Áreas comerciais e<br />

1,90 0,23 20.000<br />

industriais<br />

Fonte: Schueler, 1987 e Thomson et al, 1997 in EPA/600/R-05/121A, 2004<br />

Tabela 5.20- Concentração média de TSS<br />


Concentração média de TSS<br />


Floresta 26<br />

Área residencial de media e baixa densidade 117<br />

Área residencial de alta densidade, áreas industriais e comerciais 116<br />

Fonte: NURP (EPA, 1983) in EPA/600/R-05/121A, 2004<br />


Exemplo de AKAN, (1993).<br />

Trata-se de área com 12ha, chuva média anual de 965mm sendo P j = 0,90. Área antes do<br />

desenvolvimento com 2% de área impermeável passou a 45% com a construção de uma vila de casas.<br />

Calcular o aumento anual de fósforo total.<br />

Para a situação de pré-desenvolvimento:<br />


Adotando C=0,15mg/L para fósforo total em florestas, na Tabela (5.16) na coluna de Virginia.<br />

A carga anual será calculada usando:<br />

5-16







Rv=0,07<br />

C=0,15mg/L Fósforo total/ Floresta<br />





Para a situação de pós-desenvolvimento.<br />





C=0,26mg/L Fósforo total/ área suburbana<br />





Portanto, com o desenvolvimento a quantidade total de fósforo aumentará de 1,09kg/ano para<br />

12,46 kg/ano com a construção de um bairro residencial proposto.<br />


Calcular o aumento de sedimentos de área urbana com 46,75ha, chuva anual média de<br />

1540mm e P j =0,50. Supomos que no pré-desenvolvimento havia 2% de área impermeável e com o<br />

desenvolvimento passou para 70%.<br />

Pré-desenvolvimento<br />




C=85mg/L sedimentos/ Floresta/ Malásia<br />




L=2.142 kg de sedimentos/ano<br />

Pós-desenvolvimento<br />




C=200mg/L sedimentos / Urbana/ Malásia, Tabela (1.2)<br />




L=48.957kg de TSS/ano<br />

Com o pós-desenvolvimento o sedimento aumentará de 2.142kg/ano para 48.957kg/ano.<br />

5-17





-AKAN, A OSMAN. Urban Stormwater Hydrology. Lancaster, Pennsylvania: Technomic, 1993, ISBN 0-87762-<br />

967-6, 268 p.<br />

-USEPA. Sewer Sediment and Control- a management practices reference guide. EPA/600/R/R-<br />

04/059. Autor: Chi- Yuan Fan, janeiro de 2004.<br />

-USEPA. Stormwater best management practices- Design guide. Volume 2. Vegetativa Biofilters.<br />

EPA/600/R04/121A. Autor: Michael L; Clar, september 2004.<br />

-USEPA. Methodology for analysis of detention basins of control of urban runoff quality. EPA 440/5-<br />

87-001, september 1986.<br />

5-18


Capitulo 6- Quantidade de água que podemos retirar de rios e córregos para abastecimento público<br />

Engenheiro Plínio Tomaz 23 de janeiro de 2008 pliniotomaz@uol.com.br<br />

Capítulo 6-Quantidade de água que podemos retirar de rios e córregos para<br />

abastecimento público<br />

6-1




Capítulo 6- Quantidade de água que podemos retirar de rios e córregos para abastecimento público.<br />


O mundo passa por grandes transformações e os recursos hídricos deverão no séeculo XXI ser analisado<br />

de quatro maneiras básicas:<br />

• Aproveitamento dos recursos hidricos superficiais como rios e lagos<br />

• Aproveitamento dos recursos de águas subterrâneas<br />

• Aproveitamento de água de chuva de telhados<br />

• Reúso de água<br />

Vamos tratar neste capítulo da quantidade de água que podemos retirar de rios e córregos para<br />

abastecimento público usando o Método da Regionalização Hidrográfica.<br />

O Departamento de Águas e Energia Elétrica do Estado de São Paulo (DAEE) vem realizando<br />

estudos desde 1980 para estimar a disponibilidade hídrica das bacias hidrográficas paulistas, que não<br />

disponham de dados hidrográficos observados.<br />

As pesquisas do DAEE concluíram como estudo da regionalização das variáveis hidrológicas: vazões<br />

médias e mínimas, volumes de regularização intra-anual e curvas de permanência.<br />

O estudo foi apoiado nos dados anuais precipitados em 444 postos pluviométricos, 219 estações<br />

fluviométricas para as descargas mensais e 88 postos fluviométricos para observação das séries históricas de<br />

vazões diárias.<br />

Este trabalho foi apresentado no livro “Conservação da água” de 1999 em aplicação do caso do<br />

Reservatório do Tanque Grande e acrescido agora com Tabelas e Figuras do trabalho original do DAEE de<br />


6.2 Regionalização hidrológica<br />

Freqüentemente, nos estudos de aproveitamento dos recursos hídricos das bacias hidrográficas, o<br />

hidrólogo é convocado para avaliar a disponibilidade hídrica superficial em locais onde não existe série<br />

histórica de vazões ou, se existe, a extensão da série observada é pequena.<br />

Neste caso, deve ser aplicada a regionalização hidrológica. Esta regionalização é uma ferramenta que<br />

possibilita a avaliação de maneira rápida, em conformidade à agilidade que a administração dos recursos<br />

hídricos requer para suas decisões.<br />

No estudo de águas superficiais, o objetivo pode ser avaliar a capacidade de autodepuração do curso<br />

de água para a vazão mínima, associada à dada probabilidade de ocorrência. No caso de pequeno<br />

aproveitamento hidrelétrico deseja-se quantificar a energia possível de ser gerada, comumente estimada pela<br />

análise da curva de permanência.<br />

Quando, por outro lado, o objetivo é atender uma determinada demanda para abastecimento, é<br />

necessário verificar se a vazão a ser captada é menor que a descarga mínima para um dado período de<br />

retorno (captação a fio de água).<br />

Caso a demanda seja maior que a mínima e menor que a média de longo período, é preciso avaliar o<br />

volume de armazenamento necessário para atendê-la, associado a um determinado risco de não atendimento<br />

em um ano qualquer.<br />

Em resumo, as variáveis hidrológicas são:<br />

• vazão média de longo período;<br />

• vazão mínima de duração variável de um a seis meses, associada à probabilidade de ocorrência;<br />

• curva de permanência de vazões;<br />

• volume de armazenamento intra-anual, necessário para atender dada demanda, sujeito a um risco<br />

conhecido;<br />

• vazão mínima de sete dias, associada à probabilidade de ocorrência.<br />

6.3 Vazão média de longo período<br />

A descarga média plurianual numa dada seção de um curso de água pode ser obtida, com<br />

aproximação, através da relação linear dessa vazão Q com o total anual médio precipitado na bacia<br />

hidrográfica (P)<br />

Q = a + b. P (Equação 6.1)<br />

na qual a e b são parâmetros da reta de regressão;<br />

Q em l/s/km 2 (litros por segundo por km 2 ) e<br />

6-2




P em milímetro por ano (mm/ano).<br />

Guarulhos é a região G determinada pelo DAEE conforme figura no fim deste Apêndice, apresentando<br />

os seguintes valores de a e b, conforme Tabela (6.1).<br />

Tabela 6.1- Parâmetros da análise de regressão linear<br />

Região do Estado<br />

Parâmetro a<br />

Parâmetro b<br />

G -26,23 0,0278<br />

R 2 =0,9402 (Coeficiente de determinação)<br />

Para Guarulhos, a precipitação média anual P pode ser considerada igual a 1500mm. Portanto,<br />

aplicando a Equação (6.1) temos:<br />

Q=a + b.P = -26,23 + 0,0278 . 1500= 15,47 l/s/km 2<br />

Assim, a vazão média plurianual de Guarulhos é de 15,47 l/s/km 2 .<br />

Considerando-se, para exemplo prático, a bacia do reservatório do Tanque Grande, em Guarulhos,<br />

com área de bacia de 8,2 km 2 , teremos, na seção de interesse, isto é, na barragem:<br />

Q= 15,47 . 8,2= 126,85 l/s (Equação 6.2)<br />

Portanto, a vazão média plurianual da bacia do Tanque Grande, na seção de interesse considerada, é<br />

de 126,85 l/s.<br />

6.4 Período de retorno<br />

É muito importante a adoção de um período de retorno T. O período de retorno XT foi obtido,<br />

estatisticamente, através da análise dos postos fluviométricos. Os períodos de retorno são de 10, 15, 20, 25,<br />

50 e 100 anos, conforme a Tabela (6.2).<br />

Tabela 6.2- Valores dos períodos de retorno XT , A e B<br />

Região 10<br />

anos<br />











Valor<br />

A<br />

Valor<br />

B<br />

G 0,632 0,588 0,561 0,543 0,496 0,461 0,4089 0,0332<br />

6.5 Vazão mínima anual de um mês de duração e dez anos de período de retorno (Q 1,10 ).<br />

A fórmula a ser usada, pesquisada pelo DAAE, é:<br />

sendo:<br />

d= meses de duração;<br />

1/T= probabilidade de ocorrência;<br />

XT,A e B= Tabela (6.2)<br />

Q d,T= XT . ( A + B. d) .Q (Equação 6.3)<br />

O valor XT, referente ao período de dez anos, é 0,632, conforme a Tabela (6.2), portanto, X10=<br />

0,632.<br />

Queremos o valor Q 1,10 , para d= 1, sendo tabelados os valores de A e B:<br />

Q 1,10 = X10 ( A + B . 1 ). Q<br />

A= 0,4089<br />

B= 0,0332<br />

d= 1 mês<br />

X10= 0,632<br />

Substituindo os valores, teremos:<br />

6-3




Q 1,10 = 0,632 (0,4089+0,0332 . 1) . 126,85 = 35,44 l/s (4)<br />

Portanto, a vazão mínima anual de um mês de duração e dez anos de período de retorno é 35,44 l/s.<br />

Esta vazão média mensal pode ser captada, sem regularização, admitindo-se que, em média, ocorre uma<br />

vazão inferior a ela uma única vez num período de dez anos.<br />

6.6 Vazões mínimas anuais de sete dias consecutivos (Q 7,10 )<br />

Uma solicitação freqüente sobre vazões mínimas refere-se àquela com sete dias de duração. Sua<br />

vantagem é sofrer menos influência de erros operacionais e intervenções humanas no curso de água do que<br />

a vazão mínima diária e ser suficientemente mais detalhada que a vazão mínima mensal.<br />

Assim, esta vazão é utilizada com freqüência (Q 7,10 ) como indicador da disponibilidade hídrica natural<br />

num curso de água. O período de retorno é de dez anos.<br />

O significado do parâmetro Q 7,10 é de que o manancial não irá atender esta vazão, em média, uma<br />

vez em dez anos (sem regularização).<br />

O cálculo do Q 7,10 é dado pela fórmula:<br />

Q 7,10 = C. XT. ( A + B) . Q (Equação 6.5)<br />


C= 0,75 obtido nas pesquisas do DAAE e válido para Guarulhos;<br />

XT= X10= 0,632;<br />

A= 0,4089;<br />

B= 0,0332 e<br />

Q= 126,85 l/s.<br />

Substituindo em (5) teremos:<br />

Q 7,10 = 0,75 . 0,632 (0,4089+0,0332) . 126,85= 26,58 l/s (Equação 6.6)<br />

Portanto, a vazão de 26,58 l/s é a vazão que pode ser retirada do manancial sem armazenamento,<br />

isto é, a fio de água. É a chamada vazão mínima ou vazão ecológica.<br />

6.7 Volume de regularização intra-anual<br />

Quando a demanda a ser atendida supera a vazão mínima que pode ocorrer num curso de água,<br />

muitas vezes, com armazenamento relativamente pequeno, pode-se aumentar significativamente o nível de<br />

atendimento da demanda, sem incorrer nos gastos requeridos por aproveitamentos com regularização<br />

plurianual.<br />

O número máximo de meses da duração crítica é de oito. A maior diferença entre a demanda e a<br />

disponibilidade (V), representa o volume de regularização intra-anual necessário para suprir a demanda QF,<br />

com um risco de (100/T)% de não atendimento, em um ano qualquer.<br />

A probabilidade de sucesso ou fracasso é predeterminada, em um ano qualquer, em função dos<br />

estudos feitos pelo DAEE.<br />

O valor máximo da função do volume é fornecido pela fórmula:<br />

[ QF-(XT.A.Q)] 2<br />

V= ----------------------------.K (Equação 6.7)<br />

4.XT.B.Q<br />


V= volume de regularização intra-anual em m 3 ;<br />

QF= vazão firme a ser regularizada em m 3 /s;<br />

A e B= coeficiente da reta de regressão da média das vazões mínimas;<br />

K= número de segundos em um mês = 2.628.000 segundos;<br />

XT= fator relativo à probabilidade de sucesso;<br />

dc= duração crítica em meses ≤ 6 meses<br />

Q= vazão média de longo período (m 3 /s).<br />

6-4




A fórmula da duração crítica dc é a seguinte:<br />

QF - ( XT . A .Q)<br />

dc =-------------------------- ≤ 6 meses (Equação 6.8)<br />

2 . XT . B . Q<br />

Vamos supor que QF= 50 l/s = 0,050 m 3 /s. Para 10% (T=10 anos) de probabilidade de não<br />

atendimento em um ano qualquer, ou seja, 90% de probabilidade de atendimento, aplicando a Equação (6.7)<br />

e (6.8) temos:<br />

[ 0,050- (0,632. 0,4089. 0,126)] 2<br />

V= ------------------------------------------. 2628000= 73175 m 3<br />

4. 0,632 . 0,0332 . 0,126<br />

0,050 - ( 0,632 . 0,4089 . 0.126)<br />

dc= ------------------------------------------- = 3,2 meses < 6 meses OK.<br />

2. 0,632 . 0,0332 . 0,126<br />

Portanto, para a vazão firme de 50 l/s e probabilidade de atendimento de 90%, o volume necessário é<br />

73.175 m 3 e a duração crítica calculada é de 3,2 meses, que é menor que o limite máximo de validade da<br />

fórmula que é seis meses.<br />

Usando as mesmas fórmulas acima, para QF= 0,06 m 3 /s, teremos V= 182.857 m 3 e dc= 5,1 meses.<br />

Podemos verificar que, sendo o volume da represa do Tanque Grande de 88.000 m 3 , a vazão firme<br />

QF estará entre 0,050 m 3 /s e 0,060 m 3 /s. Interpolando ou tirando-se o QF da Equação (6.7) poderemos, dado<br />

o volume que temos, achar o valor de QF e depois conferir o valor de dc, devendo dc ser ≤ 6 meses.<br />

No caso, o valor da vazão firme é QF= 0,052 m 3 /s = 52 l/s.<br />

Façamos a Tabela (6.3) dos valores encontrados:<br />

Tabela 6.3-Vazão firme, volume de regularização e duração crítica<br />

Vazão firme QF escolhida<br />

(m 3 /s)<br />

Volume necessário para a<br />

regularização intra-anual<br />

(m 3 )<br />

Duração crítica<br />

(meses)<br />

0,050 73.175 3,2<br />

0,051 81.921 3,4<br />

0,052 91.162 3,6<br />

0,060 182.857 5,1<br />

0,065 256.211 6,1<br />

A vazão firme, com 90% de probabilidade de sucesso, é 52 l/s para o volume de regularização intraanual<br />

de 88.000 m 3 sem deixar passar a vazão Q 7,10 .<br />

O correto seria deixar passar a vazão Q 7,10 = 26,58 L/s e a vazão que poderíamos retirar seria de 52<br />

L/s menos o Q 7,10 :<br />

52L/s -26,58 L/s = 25,42 L/s<br />

Muitas barragens pequenas da Sabesp não deixam passar a vazão Q 7,10 embora esteja errado.<br />

6.8 Curvas de permanência<br />

O DAEE, através de 210 postos fluviométricos, realizou análises das freqüências acumuladas, com<br />

base em séries de vazões mensais observadas.<br />

A curva de permanência em uma seção é importante quando nos interessa saber a amplitude de variação das<br />

vazões e, principalmente, a freqüência com que cada valor de vazão ocorre numa determinada seção do rio.<br />

Para as curvas de permanência usamos a fórmula abaixo:<br />

Qp= qp . Q ( Equação 6.9 )<br />


Qp= vazão para a freqüência acumulada escolhida;<br />

qp= freqüência acumulada que consta da Tabela (6.3);<br />

Q= vazão média plurianual.<br />

Na Tabela (6.4), temos com os seguintes valores de qp para a freqüência acumulada escolhida:<br />

6-5




Tabela 6.4- Curva de permanência<br />

Freqüência acumulada<br />


Curva de permanência<br />

Valor de qp<br />

















Vamos elaborar, agora, a curva de permanência. Usando a vazão plurianual de 126,85l/s, o<br />

coeficiente qp, correspondente à freqüência acumulada, e a Equação (6.9), teremos a Tabela (6.5).<br />

Tabela 6.5-Curva de permanência de vazões médias mensais do Tanque Grande<br />

Tempo<br />


Vazão<br />

(litros/segundo)<br />
















A curva de permanência é para a retirada da água a fio d´água, o que não é o nosso caso. Significa<br />

quem em 95% do tempo teremos vazão de 46 L/s. Como a vazão mínima Q7,10= 26,58 L/s poderemos retirar<br />

a fio d´água a diferença 46L/s – 26,58L/s= 19,42 L/s<br />

Observar que, para a curva de permanência, não está considerado o volume do reservatório, que é de<br />

88.000 m 3 .<br />

Para a represa do Tanque Grande, executamos a Estação de Tratamento de Água (ETA), para a<br />

vazão máxima de 90 l/s, a qual teremos em praticamente 60% do tempo, conforme a curva de permanência<br />

da Tabela (6.5).<br />

A vazão firme obtida foi de 52 l/s, que é obtida com a ajuda do reservatório de 88.000 m 3 , com<br />

probabilidade de sucesso de 90%.<br />

6-6




Observação importante:<br />

Para manter os cursos de água é necessário manter uma vazão mínima, também chamada de vazão<br />

ecológica. No Estado de São Paulo é usada a vazão mínima Q 7,10 que são sete dias consecutivos com<br />

período de retorno de 10anos.<br />

Mesmo no Estado de São Paulo existem bacias em que é permitido valor de 50% de Q 7,10 , mas<br />

normalmente é usado o Q 7,10 .<br />

Então a vazão que se pode utilizar deve-se ser descontado o valor de Q 7,10 .<br />

Assim se a vazão achada for 100L/s e o Q7,10 for 20L/s a vazão que podemos retirar é 80 L/s.<br />

6.9 Estudo de outros casos: Cabuçu, Barrocada, Engordador, Lago Azul<br />

A Tabela (6.6) fornece a vazão firme regularizada, o volume crítico do reservatório e a duração crítica<br />

dos principais reservatórios existentes em Guarulhos e nas imediações. Não estão incluídos reservatórios<br />

particulares.<br />

Tabela 6.6-Vazão firme regularizada em litros/segundo<br />

Barragem<br />

Área Vol. exist. Vazão firme regul. Vol. crítico do res. Duração crítica<br />

(km 2 ) (m 3 )<br />

(L/s)<br />


(meses)<br />

T. Grande 8,2 88.000(2) 52 91.162 3,6<br />

Cabuçu 24,0 1.776.000(3) 190 746.011 6,0<br />

Barrocada 8,5 30.000(3) 45 28.909 2,0<br />

Engordador 9,6 500.000(3) 76 298.404 6,0<br />

Lago Azul 1,54 100.000(1) 12 44.877 5,8<br />

Ururuquara 2,082(5) 5.000(1) 11 7.013 2,0<br />

Córrego Guaraçau 18,91(4) 385.000(1) 135 377.673 4,8<br />

(1) Os volumes foram estimados, isto é, não houve estudos de batimetria.<br />

(2) Volume obtido no SAAE por estudo de batimetria.<br />

(3) Dados fornecidos pela SABESP.<br />

(4) O córrego Guaraçau é afluente do Rio Baquirivu, junto ao Inocoop. A seção de estudo é na estrada que<br />

cruza o rio, onde a jusante existem duas antigas cavas de areia.<br />

(5) Área obtida de planta da antiga Repartição de Águas e Esgoto - RAE, de outubro de 1940. Trata-se de<br />

área de contribuição do ribeirão Ururuquara, cuja vazão mínima estimada, em 1952, foi de 7 a 9 l/s<br />

Nota: não deixamos passar a jusante a vazão Q 7,10 .<br />

Conforme planta de 1942, o Sistema Cabuçu (Cabuçu + Barrocada + Engordador) forneceu para a<br />

Capital em média cerca de 1.000.000 m 3 /mês, ou seja, 386 l/s.<br />

O SAAE de Guarulhos utiliza o manancial do Tanque Grande, sendo que a capacidade da ETA<br />

Tanque Grande é de 90 l/s.<br />

O estudo para aproveitamento do Lago Azul, em Bonsucesso, foi examinado e, devido aos problemas<br />

de contaminação do manancial, foi descartada esta hipótese.<br />

O manancial do Engordador está próximo ao Posto de Gasolina 555, na rodovia Fernão Dias. Não foi<br />

cedido pelo DAEE a Guarulhos.<br />

O córrego Guaraçau consta devido a estudos que fizemos sobre seu aproveitamento para água<br />

industrial (não-potável). As duas cavas de areia servirão, também, como regulador de vazão, evitando-se<br />

mais enchentes junto ao Rio Baquirivu.<br />

6-7




Podemos a partir da Tabela (6.6), fazer algumas comparações interessantes, presentes na Tabela<br />

(6.7), abaixo:<br />

Tabela 6.7- Comparações<br />

Barragem<br />


(km 2 )<br />

Vol. exist.<br />


Vazão firme<br />

regul.<br />

(l/s)<br />

Vazão<br />

utilizada<br />

(l/s)<br />

Fonte dos<br />

dados<br />

T. Grande 8,2 88.000 52 90 SAAE<br />

Cabuçu 24,0 1.776.000 190 371(1)(3) SABESP<br />

Barrocada 8,5 30.000 45 120(2) SAAE<br />

Engordador 9,6 500.000 76 155 SABESP<br />

Ururuquara 2,082 5.000 11 13 DAE<br />

(1) Esta vazão é só do manancial do Cabuçu, não incluindo os mananciais do Barrocada e do Engordador.<br />

(2) A vazão cedida pelo DAEE a Guarulhos é de até 120 l/s.<br />

(3) A vazão cedida pelo DAEE a Guarulhos é de até 300 l/s.<br />

6.10 Conclusão<br />

O método de regionalização de bacias hidrográficas elaborado pelo Departamento de Águas e<br />

Energia Elétrica do Estado de São Paulo é fácil de usar, principalmente quando não se tem a série histórica<br />

das vazões, como no caso do córrego Tanque Grande.<br />

O que nos levou a divulgar este método foi a extrema dificuldade que os engenheiros têm para<br />

encontrar literatura a respeito do assunto.<br />

6.11 BIBLIOGRAFIA<br />

-CHOW, VEN TE. Applied Hydrology, McGraw-Hill, 1988;<br />

-DAEE (DEPARTAMENTO DE ÁGUAS E ENERGIA ELÉTRICA), Revista Águas e energia elétrica, ano 5,<br />

número 14, 1988- Regionalização Hidrológica no Estado de São Paulo. Os estudos foram desenvolvidos<br />

pelos técnicos: Alexandre Liazi, Joao Gilverto Lotufo Conejo, José Carlos Francisco Palos e Paulo Sergio<br />

Cintra. O Superintendente do Departamento de Águas e Energia Elétrica era o dr. Paulo Bezerril Júnior.<br />

-GARCEZ, LUCAS NOGUEIRA. Hidrologia, Editora Edgard Blucher Ltda, editôra da Universidade de São<br />

Paulo, 1967;<br />

-PALOS et al, Regionalização de vazões mínimas, médias, curvas de permanência e volumes de<br />

regularização intra anual em pequenas bacias hidrográficas do Estado de São Paulo, VII Simpósio<br />

Brasileiro de Hidrologia e Recursos Hídricos, Salvador, novembro 1987.<br />

-TOMAZ, PLINIO. Conservação da água. Guarulhos, 1999.<br />

-TUCCI, CARLOS E. M. Hidrologia-ciência e aplicação, editora da Universidade de São Paulo, 1993.<br />

- VILLELA, SWAMI MARCONDES E MATTOS, ARTHUR. Hidrológica Aplicada, McGraw-Hill, 1985.<br />

6-8




Fonte: DAEE, 1988<br />

6-9





6-10





6-11





6-12


Capitulo 7–Características físicas de uma Bacia Hidrográfica<br />



Características físicas de uma Bacia<br />

Hidrográfica<br />

Figura de um pé de milho cuja transpiração vai de 1,3 litros/dia a 3,8 litros/dia<br />

7-1






Capitulo 7- Características físicas de uma Bacia Hidrográfica<br />


7.2 Modelos físicos<br />

7.3 Fator de forma Lt<br />

7.4 Curva Hipsométrica<br />

7.5 Razão de circularidade Fc.<br />

7.6 Razão de elongação Re<br />

7.7 Densidade de drenagem<br />

7.8 Declividade do curso de água<br />

7.9 Declividade do curso de água segundo McCuen<br />

7.10 Canal<br />

7.11 Ordem dos cursos de água<br />

7.12 Leis de Horton da drenagem de uma bacia<br />

7.13 Declividade dos terrenos da bacias (EPUSP)<br />


7-2




Capitulo 7-Características físicas de uma Bacia Hidrográfica<br />


McCuen, 1998 comparou valores de vários parâmetros de formas, fazendo uma correlação com a<br />

vazão de pico e chegou a conclusão de dois índices importantes, que mostrarei abaixo, que são o fator de<br />

forma Lt e a razão de elongação Re obtiveram correlação de 0,79 e e 0,64 respectivamente. McCuen usou<br />

varias formas de bacias como elipse, triangular, quadradas, circulares e retangulares.<br />

7.2 Modelos físicos<br />

A Figura (7.1) mostra os padrões físicos de drenagem, que podem ser bastantes variados.<br />

Figura 7.1 Padrões de drenagem<br />

7-3




7.3 Fator de forma Lt<br />


Lt = ( L x Lca ) 0,3<br />

L= 1,4 x A 0,568<br />

L= 1,4 x A 0,568<br />

L= 1,4 x 30 0,568 = 9,7km<br />

7.4 Curva Hipsométrica<br />

Figura 7.2- Curva hipsométrica<br />

Figura 7.3- Bacia com o comprimento L e o Lca<br />

7-4





Lt = ( L x Lca ) 0,3<br />

Lt = ( 2 x 1,2 ) 0,3 = 1,30<br />

Comprimento até o centróide da bacia Lca<br />


Lca= 0,54 x L 0,96<br />

7.5 Razão de circularidade Fc.<br />

Lca= 0,54 x 4 0,96 = 2km<br />


7.6 Razão de elongação Re<br />

Re = (2 / Lm) x ( A /π ) 0,5<br />


Re = (2 / Lm) x ( A /π ) 0,5<br />

Re = (2 / 11000) x ( 2 x 10 7 /π ) 0,5<br />

Re=0,50<br />

7.7 Densidade de drenagem<br />

A densidade de drenagem varia de valores menores que 2km/km 2 até valores bem maiores. Em<br />

Zimbabwe os valores de Dd variaram de 0,2km/km 2 até 4,9km/km 2 sendo a média de 2,4km/klm 2 .<br />

Os valores da densidade de drenagem são muitos sensíveis a escala adotada, devendo-se ter muito<br />

cuidado na interpretação e comparação dos mesmos. Um trabalho feito em 2002 por Osman Yildiz mostrou<br />

grandes diferenças de cenários comparando três densidade de drenagem: 0,2km/km 2 , 0,24km/km 2 e<br />

0,38km/km 2 com dados observados no trabalho “An investigation of the effecdt of drainage density on<br />

Hydrologic response”.<br />

Há sempre uma intenção dos hidrólogos em comparar bacias usando-se índices físicos usando dados<br />

da geomorfologia, que nem sempre atendem ao esperado.<br />

A Figura (7.4) mostra esquematicamente uma bacia pode ser ver onde está o talvegue que é a linha<br />

pontilhada no meio da figura e o divisor da bacia onde uma gota de água pode cair na bacia que estamos<br />

estudando ou na outra.<br />

7-5




Figura 7.4- Mostra os divisores de água e o talvegue<br />

Alertamos que embora os geomorfologistas, hidrologistas e geólogos fazem o melhor possível para<br />

chegar a modelos realistas, os mesmos na prática existem vários problemas e algumas vezes ficam fora da<br />

realidade.<br />

Mesmo assim os modelos devem ser feitos. Esclarecemos ainda que modelos complexos não tem<br />

geralmente resultados complexos e alguns sempre pensam que um modelo simples alcança bom resultado.<br />

O fator de forma Lt é definido como:<br />


Lt= fator de forma<br />

L= comprimento em milhas<br />

Lca=comprimento em milhas do centro da área da bacia medido ao longo do talvegue.<br />

As estimativas do comprimento L ou Lw conforme Gray, 1961 é:<br />


L= comprimento da bacia medida ao longo do curso de água principal desde o ponto considerado (km)<br />

A= área da bacia (km 2 )<br />

Calcular o comprimento estimado de uma bacia com A= 30km 2<br />

Existe ainda outras relações empíricas onde a área (milhas 2 ) e o comprimento em milhas.<br />

7-6




A curva hipsométrica mede a relação entre a cota e área da bacia conforme Figura (B.2)<br />

Calcular o fator de forma de uma bacia com L= 2 milhas, Lca= 1,2 milhas<br />

É a distância medida ao longo do curso de água até o centro da área conforme Gray, 1961.<br />

Estimar o valor Lca de uma bacia que tem L= 4km<br />

Fc= razão de circularidade<br />

P= perímetro da área ( ft )<br />

A= área da bacia ( ft 2 )<br />

A razão de elongação Re é definido como:<br />


Re= razão de elongação<br />

Lm= máximo comprimento da bacia paralelo ao talvegue (ft)<br />

A= área da bacia em ft 2<br />

Para L= 1,4 A 0,568<br />

teremos;<br />

Calcular a razão de elongação de uma bacia que tem área de 3 x 10 7 ft 2 e comprimento máximo da bacia de<br />

11000ft.<br />

A densidade de drenagem é um conceito fundamental na análise hidrológica e é definido pela relação<br />

do comprimento total de drenagem em km pela área em km 2 . O termo foi pela primeira vez introduzido em<br />

1932 por Horton. Uma alta densidade refletiria uma rápida resposta dos eventos pluviométricos.<br />


Dd= densidade de drenagem (km / km 2 )<br />

L= comprimento total dos cursos de água (km)<br />

Calcular a densidade de drenagem de uma bacia com área de 30km 2 e comprimento total dos cursos de água<br />

de 57km.<br />

Linsley, 1982 define o comprimento do escoamento superficial como a relação:<br />


Lo= comprimento do escoamento superficial (km)<br />

Dd= densidade da drenagem (km/km 2 )<br />

Calcular o comprimento do escoamento superficial para Dd= 1,9km/km 2<br />

Lo= 1/ (2 x Dd) = 1 / (2 x 1,9) = 0,26km= 260m<br />

Portanto, o escoamento superficial é de aproximadamente de 260m<br />

A melhor maneira de se achar a declividade média ponderada do talvegue de um curso de água<br />

conforme EPUSP é usar a seguinte Equação:<br />


S= declividade média (m/m)<br />

L= comprimento total do talvegue (m)<br />

7-7




Li= comprimento do trecho i do talvegue (m)<br />

Si = declividade do trecho i do talvegue (m/m)<br />

A melhor maneira de se achar a declividade media ponderada do talvegue de um curso de água é<br />

usar a seguinte Equação:<br />


S= declividade média ponderada (m/m)<br />

k=coeficiente<br />

Li= comprimento do trecho (m)<br />

∆H= diferença de nível (m)<br />

Calcular a declividade média do talvegue com 15.920m de comprimento do Ribeirão das Antas, Taubaté, São<br />

Paulo conforme EPUSP.<br />

Usamos os mesmos dados do exemplo anterior achamos S=0,015794m/m<br />

É o leito de um córrego, rio, ribeirão ou o lugar por onde passa a água. Poder ser retilíneo ou não.<br />

É importante frizar que a questão de estabelecer as ordens nos canais depende da escala adotada,<br />

assim Linsley, 1982 explica que um mapa na escala 1: 24.000 terão mais uma ou duas ordens a mais que um<br />

mapa na escala 1: 62.500.<br />

A classificação dos rios quanto a ordem reflete o grau de ramificação dentro de uma bacia<br />


Figura 7.5- Classificação dos rios<br />

Horton estabeleceu três leis principais: lei dos números dos córregos, lei dos comprimentos e lei das<br />

áreas que são fatores geomorfológicos características de cada bacia.<br />

Por esta lei de Horton dos números dos córregos podemos prever o numero de ordem i de qualquer<br />

córrego tendo a taxa de bifurcação Rb e a ordem principal k da bacia. O valor de k é a ordem mais alta da<br />

bacia e i é a ordem do rio que queremos.<br />

McCuen, 1998 dá o seguinte exemplo.<br />

Dado a taxa de bifurcação Rb= 2,6 e numa bacia de rio de 4ª ordem calcular o número de córregos de<br />

segunda ordem.<br />

Ni = 2,6 4 - i<br />

Para i=2 teremos:<br />

Ni = 2,6 4 - i<br />

Ni = 2,6 4 - 2<br />

Ni = 2,6 2 = 6,8 e por tanto, adota-se Ni=6<br />

A taxa de bifurcação Rb pode ser calculada por uma das equações abaixo.<br />

7-8




rL.<br />

Por esta lei podemos prever o comprimento de uma determinada bacia após calcularmos o valor de<br />

O valor Li é o comprimento do i ézimo da ordem dos córregos. L1 é o comprimento do córrego da<br />

primeira ordem e rL é a taxa de comprimento determinado pelas equações:<br />

Por esta lei podemos prever a área dos tributários de ordem i em relação a área da primeira ordem.<br />

Necessitamos para o cálculo da taxa das áreas ra calculada pelas equações:<br />

A declividade de uma bacia é um fator muito importante para a formação de cheias, afetando as<br />

condições metereológicas, processos erosivos, regime hidráulico das cheias e a expressão quantitativa da<br />

velocidade de escoamento e de perdas de água durante as chuvas.<br />

A declividade dos terrenos de uma bacia vem controlar parte da velocidade de escoamento superficial<br />

das águas, alterando o tempo que leva as águas precipitadas atingirem os leitos fluviais.<br />

Existem segundo EPUSP, dois métodos para a determinação das declividade dos terrenos:<br />

• Pega-se um papel transparente com grelha retangular com malhas quadradas de lado igual a 4cm<br />

por exemplo.<br />

• O papel transparente é colocado sobre a planta baixa adotando-se uma orientação tal que inclua<br />

dentro da área da bacia o maior numero possível de vértices da grelha.<br />

• As declividade em cada vértice da grelha são avaliadas medindo-se sobre a planta as menores<br />

distancias entre duas curvas de nível subseqüentes.<br />

Fazer o gráfico das declividades da bacia do ribeirão Una localizado no município de Taubaté, Estado de São<br />

Paulo, usando o método da interseção.<br />


BFI= índice da vazão base que varia de 0 a 1<br />

P= precipitação média anual (mm) que varia de 554,2mm a 1796,8mm com média de 852mm.<br />

Dd= densidade de cursos de água (km/km 2 ) que varia de 0,2 a 4,9 sendo a média de 2,4 km/km 2<br />

Supomos P=1500mm<br />

Dd= 1,9 km/km 2<br />

S 10 = 0,023 m/m que deve tirado da Figura (B6) do Gráfico da declividade da bacia do Ribeirão do Una ou da<br />

Tabela (2).<br />


A média do BFI achada em 52 bacias no Zimbabwe (África) varia de 0,08 a 0,78 sendo a média de 0,36.<br />

Nota: salientamos que a aplicação da equação do índice da vazão base do Zimbabwe foi feita somente para<br />

demonstrar a existência da equação de BFI.<br />

A= área da bacia (km 2 )<br />

Dd = L / A<br />


Dd = Σ L (km) / Área (km 2 )<br />

Dd = 57km / 30km 2 = 1,9 km/km 2<br />

Comprimento do escoamento superficial<br />

Lo = 1/ (2xDd)<br />

Exemplo B5<br />

7.8 Declividade do curso de água<br />

7-9




S = L / ( Σ Li / Si 0,5 ) 2<br />

7.9 Declividade do curso de água segundo McCuen<br />

S = (n /k ) 2<br />

n= número de trechos<br />

k = Σ [ 1 / ( ∆H / Li ) 0,5 ]<br />


Tabela 7.1- Comprimentos e declividades do talvegue para o calculo da declividade media<br />

Trechos Li (m) ∆H (m) Si (m/m) Li/ S 0,5<br />

1 1200 10 0,008333 13145,34<br />

2 740 15 0,020270 5197,589<br />

3 1860 15 0,008065 20712,08<br />

4 860 5 0,005814 11278,79<br />

5 1000 5 0,005000 14142,14<br />

6 900 10 0,011111 8538,15<br />

7 1240 10 0,008065 13808,06<br />

8 900 10 0,011111 8538,15<br />

9 1460 30 0,020548 10185,18<br />

10 1740 50 0,028736 10264,53<br />

11 960 50 0,052083 4206,509<br />

12 740 50 0,067568 2846,837<br />

13 920 50 0,054348 3946,36<br />

14 680 50 0,073529 2507,716<br />

15 720 50 0,069444 2732,208<br />

L=15.920m 410m Σ Li / Si 0,5 132049,6<br />

S= 0,014535<br />

A declividade média do talvegue do Ribeirão Una é S= 0,014535m/m.<br />

Exemplo 7.7- usando McCuen<br />

7.10 Canal<br />

7.11 Ordem dos cursos de água<br />

Existe inúmeras maneiras de se classificar a ordem dos cursos de água, como mostra a Figura (B.4),<br />

mas o método mais usado é sem dúvida o método de Horton e Strahler.<br />

O canal de primeira ordem conforme Figura (B.4) e (BB.5) é pequeno canal que não tem tributário,<br />

podendo ter o curso de água ou o mesmo pode ser perene ou intermitente, isto é, aparecer somente na<br />

ocasião das chuvas.<br />

O canal de segunda ordem só tem afluente de canal de primeira ordem. O canal de terceira ordem<br />

só tem afluente da primeira ordem e da segunda ordem conforme Figura (7.6).<br />

7-10




Figura 7.6- Ordem dos cursos de água: a esquerda- Horton e Strahler e a direita-Shreve. Adotamos o<br />

esquema de ordem de Horton-Strahler mais conhecido como esquema de ordem de Horton.<br />

7.12 Leis de Horton da drenagem de uma bacia<br />

a) Lei dos números dos córregos de Horton<br />

7-11





Geralmente: 3




Geralmente: 3 < Ra < 6<br />

7.13 Declividade dos terrenos da bacias (EPUSP)<br />

• Método dos pontos de intersecção<br />

• Método de amostragem estatística<br />

Para a aplicação dos dois métodos é necessário que:<br />

• A declividade Si em cada vértice da grelha será o quociente entre as diferenças de cotas das<br />

curvas de nível ∆Hi e a menor distância entre estas curvas de nível medida sobre a planta baixa<br />

Li.<br />

Si = ∆Hi / Li<br />

A diferença entre os dois métodos é que o método dos pontos de interseção considera todos os<br />

vértices da malha e o método de amostragem estatística considera apenas alguns vértices que são<br />

escolhidos aleatoriamente.<br />

O método mais usado é da interseção.<br />


Tabela 7.2- Cálculo da declividade dos terrenos da bacia do ribeirão Una para exemplo.<br />

Variação das declividades<br />

(m/m)<br />

Ocorrências<br />

Porcentagem<br />

do total<br />


Porcentagem<br />

acumulada<br />


Declividade média<br />


0,000 0,050 0 0,00 0 0,025<br />

0,051 0,100 0 0,00 0,00 0,076<br />

0,101 0,150 4 3,31 3,31 0,126<br />

0,151 0,200 3 2,48 5,79 0,176<br />

0,201 0,250 5 4,13 9,92 0,226<br />

0,251 0,300 4 3,31 13,22 0,276<br />

0,301 0,350 13 10,74 23,97 0,326<br />

0,351 0,400 4 3,31 27,27 0,376<br />

0,401 0,450 17 14,05 41,32 0,426<br />

0,451 0,500 5 4,13 45,45 0,476<br />

0,501 0,550 12 9,92 55,37 0,526<br />

0,551 0,600 6 4,96 60,33 0,576<br />

0,601 0,650 3 2,48 62,81 0,626<br />

0,651 0,700 19 15,70 78,51 0,676<br />

0,701 0,750 0 0,00 78,51 0,726<br />

0,751 0,800 8 6,61 85,12 0,776<br />

0,801 0,850 9 7,44 92,56 0,826<br />

0,851 0,900 0 0,00 92,56 0,876<br />

0,901 0,950 0 0,00 92,56 0,926<br />

0,951 1,000 9 7,44 100,00 0,976<br />

7-13




Fonte: adaptado da EPUSP.<br />

Gráfico das declividades de uma bacia<br />

Declividade media<br />













0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100<br />

Porcentagem acumulada<br />

Figura 7.7- Gráfico de declividade da bacia do Ribeirão Una usando o método da Interseção. Fonte:<br />

EPUSP<br />


Calcular o índice de vazão base do ribeirão Una, supondo a Equação desenvolvida no Zimbabwe onde existe<br />

clima tropical, por Mazwimavi et al no trabalho “Estimation of Flow Characteristics of Ungauged Basins ” por<br />

análise linear de regressão em 52 bacias com áreas de 3,5km 2 a 2.630km 2 com área média de 505,2km 2 .<br />


S 10 = declividade de 10% dos pixeis da área. Faz-se uma tabela e acha-se a declividade média de cada pixel.<br />

Depois se constrói uma curva de freqüência cumulativa das declividades médias achadas. A declividade<br />

em porcentagem a ser achada é aquela correspondente a 10% dos pixeis em que as declividades são iguais<br />

ou menores que 10%.<br />

BFI= 0,0003 x 1500 – 0,0414 x 1,9 + 0,4857 x 0,023 = 0,38<br />

7-14


Capitulo 8- Economia Ecológica<br />



Economia Ecológica<br />

“Se não está planejada a manutenção, não construa”.<br />

Urbonas, 1993<br />

Pantanal matogrossense<br />

8-1







Capitulo 8- Custos das BMPs<br />


8.2 Manutenção e operação<br />

8.3 Custos típicos das BMPs<br />

8.4 Custo do reservatório de detenção de US$ /m 3 de volume do reservatório<br />

8.5 Custos não-estrutural das BMPs<br />

8.6 Economia ecológica<br />

8.7 Custos do fluxo global anual dos ecossistemas naturais na Terra<br />

8.8 Living Planet Report 2004-Pegada ecológica<br />


8-2




Capítulo 15- Economia Ecológica<br />


Existem dois tipos de economia:<br />

• Clássica ou neoclássica ou economia convencional e<br />

• Economia ambiental.<br />

A economia clássica está baseada em valores de mercado. Tudo tem que ser transformado em dinheiro.<br />

Mas como quantificar e avaliar a perda de peixes e demais organismos vivo do habitat aquático de um rio?<br />

Como atribuir preço a vida humana?<br />

Por enquanto não temos nenhuma maneira apropriada de se fazer tais cálculos necessários para a<br />

economia ambiental.<br />

É muito importante o estudo da relação Benefício/Custo, porém na aplicação das BMPs temos grandes<br />

dificuldades para se avaliar os benefícios das mesmas. A melhora da qualidade da água dos rios devido a<br />

poluição conseguida com uma BMP com as alterações físicas e químicas do meio ambiente ligada às<br />

respostas biológicas e ecológicas são difíceis de serem avaliadas corretamente.<br />

Temos que verificar itens básicos como:<br />

• Eficiência na redução dos poluentes<br />

• Impacto na qualidade da água;<br />

Os custos e os benefícios.<br />

A avaliação dos benefícios de obras de drenagem é fácil de avaliar, devido a existência de dados para se<br />

calcular as despesas às propriedades.<br />

8-3




15.2 Custos do fluxo global anual dos ecossistemas naturais na Terra<br />

Em 15 de maio de 1997 um grupo de professores do Instituto de Economia Ecológica da Universidade<br />

de Maryland nos Estados Unidos comandados pelo prof. Robert Costanza calcularam o valor do ecossistema<br />

do planeta Terra.<br />

No estudo foi estimado o custo por hectare por cada ecossistema de maneira que multiplicando-o pela<br />

área tivéssemos a estimativa anual daquele ecossistema e se somando-se todos os ecossistemas teríamos o<br />

valor anual do ecossistema da Terra.<br />

Foram estabelecidos 17 valores dos serviços, tais como: regulação do ar atmosférico, regulação<br />

climática, regulação do ecossistema aquático, controle da erosão, tratamento de esgotos, polinização,<br />

alimentação, recursos genéticos, recreação, cultura, etc.<br />

Costanza baseou-se em Adam Smith que em 1786 publicou o livro “A riqueza das nações” e nele<br />

apresentou o famoso “paradoxo do valor”.<br />

15.3 Valor da troca e valor do uso<br />

A palavra valor tem dois significados: valor do uso e valor da troca. Existem coisas que possuem um<br />

grande valor de uso, mas não tem valor na troca. Nada tem mais valor que a água mas tem pouco valor de<br />

troca. O diamante, ao contrario, é um bem escasso valor de uso, porem tem valor de troca.<br />

Temos que considerar a utilidade total e a utilidade marginal. O diamante possui uma utilidade<br />

marginal mais elevada do que a água, considerando a ultima unidade consumida.<br />

O cigarro ilustra também a diferença entre valor de troca e valor de uso. O preço dos cigarros reflete<br />

os custos de produção, competição entre os fornecedores e os níveis de demanda. O preço não tem relação<br />

com o julgamento da sociedade humana. Como sociedade, temos o julgamento que o cigarro tem um efeito<br />

negativo no bem estar e efeito deletério para a saúde do homem. Cada vez mais consumidores estão<br />

dispostos a pagar para fumar, e os cigarros possuem um valor de troca grande mas um valor do uso negativo.<br />

O preço correto dos cigarros deveria ser baixo, mas os preços são mantidos altos para desencorajar o seu<br />

uso.<br />

Os escritos de Costanza sempre seguem as idéias de Adam Smith sobre a água e o diamante,<br />

salientando sempre o valor em uso e o valor em troca.<br />

O produto nacional bruto (PNB), é a soma de todas as compras de bens e serviços, formação de<br />

capital do setor privado e governamental. Equivale ao produto total da nação sem dupla contagem.<br />

Para Costanza o PNB é medido em termos do valor em troca e o valor em uso puro está na felicidade<br />

do homem, bem estar, nutrição, educação e longevidade. Costanza não pretende somente corrigir o valor da<br />

troca ou dos bens e serviços, mas refletir melhor a verdadeira contribuição do bem estar. Por exemplo, não foi<br />

dado um valor alto de troca da água e baixo ao diamante para fazer os preço dos bernes mais mensurável<br />

para a sobrevivência do homem.<br />

Costanza fez um esforço para corrigir os preços dos serviços ecológicos e do capital natural usando<br />

valor do uso e valor da troca e estimaram o valor do incremento ou marginal do valor dos serviços dos<br />

ecossistemas. Um dos problemas é a noção da “vontade de pagar” o custo marginal de um unidade<br />

incremental de um serviço de um ecossistema é a reflexão do valor social daquele serviço. Costanza explica<br />

da seguinte maneira: se os serviços ecológicos produzem o incremento de US$ 50 para o madeireiro para<br />

produzir em uma floresta então os beneficiários deste serviço poderão ter vontade de pagar até US$ 50 por<br />

ela. Em adição a produção madeireira, se a floresta estética, existência, conservação o valor chega a US$<br />

70. O valor total dos serviços ecológicos poderia ser US$ 120, mas a contribuição para a economia monetária<br />

dos serviços ecológicos seria de US$ 50 conforme os valores de mercado atuais. Nos estudos de Costanza<br />

foi estimado o valor total dos serviços ecológicos.<br />

Costanza e sua equipe reconhecem a grande dificuldade que é a avaliação dos ecossistemas, porém,<br />

a nosso ver a alternativa é valida, pois no futuro um orçamento municipal, por exemplo, deveria estar<br />

acompanhado de um orçamento do ecossistema onde com o passar dos anos poderemos ver o aumento ou<br />

decréscimo dos ecossistemas. No futuro será feito um relacionamento do orçamento clássico anual com o<br />

orçamento do ecossistema.<br />

O produto nacional bruto do mundo atual é de aproximadamente de 24 trilhões de dólares, sendo que<br />

o orçamento anual do ecossistema do mundo é de 33trilhoes de dólares.<br />

O custo anual de 33 trilhões de dólares inclui algum dos serviços considerados gratuitos que temos<br />

como a água, o ar, plantações, polinização, os peixes nos rios e oceanos, o controle da poluição e outros.<br />

Uma primeira idéia que surge é somar os orçamento convencional ao orçamento do ecossistema o<br />

que dará a 57 trilhões de dólares e verificar o seu crescimento ou decréscimo.<br />

8-4




O assunto é bastante controvertido com varias autoridades a favor das idéias de Costanza e varias<br />

contra. O economista David Pearce está de acordo com o feito por Costanza, mas o filosofo Mark Sagoff está<br />

totalmente contra.<br />

Embora sejam discutíveis os preços e sua validade deve ser entendido como uma procura para<br />

estimar um valor praticamente intangível.<br />

Costanza, et al 1997 acharam que os ecossistemas existentes no mundo prestam serviços anuais no<br />

valor de US$ 33 trilhões conforme Tabela (15.1).<br />

Isto pode ser conseguido multiplicando o custo médio anual dos serviços prestados pelo ecossistema<br />

em US$ /hectare pela área existente no mundo e depois feito a somatória.<br />

Tabela 15.1- Valor do fluxo global anual dos serviços ecológicos dos ecossistemas na Terra.<br />

Custo médio anual<br />

dos serviços<br />

prestados pelo<br />

ecossistema Áreas<br />

Valor do fluxo global anual dos<br />

serviços ecológicos dos<br />

ecossistemas na Terra<br />

Serviços do<br />

ecossistema e da<br />

biomassa<br />

US$/ hectare/ ano<br />

US$ de 1994 ha x 10 6 (ha) US$ x 10 9<br />

1 oceano aberto 262 33200 8698<br />

2 estuários 22832 180 4110<br />

Pradarias de pastos<br />

3 marinhos/ algas 19004 200 3801<br />

4 arrecifes de corais 6075 62 377<br />

5 Recifes 1610 2660 4283<br />

6 Florestas tropicais 2007 1900 3813<br />

7 Florestas temperadas 302 2955 892<br />

Gramíneas e terras de<br />

8 fronteiras 232 3898 904<br />

Wetland-Terreno<br />

encharcados a beira<br />

9 mar 9990 165 1648<br />

Wetland- Pântanos e<br />

10 planícies inundáveis 19580 165 3231<br />

11 Lagos e rios 8498 200 1700<br />

12 Desertos 1925 0<br />

13 Tundra 743 0<br />

14 Gelo/rocha 1640 0<br />

15 Terras de plantações 92 1400 129<br />

16 Urbano 332 0<br />

17 Total 51625 33586<br />

O valor monetário estimado dos nossos ecossistemas naturais somam 33 trilhões de<br />

dólares /ano<br />

O valor monetário estimado do nosso ecossistema natural existente na Terra é de US$ 33 trilhões de<br />

dólares/ anuais.<br />

8-5




Tabela 15.2 Valor do fluxo global anual dos serviços ecológicos dos ecossistemas em Guarulhos no ano 2005.<br />

Serviços dos<br />

ecossistemas e<br />

da biomassa<br />

Custo médio anual dos<br />

serviços prestados<br />

pelo ecossistema<br />

Áreas Valor do fluxo global anual dos<br />

serviços ecológicos dos<br />

ecossistemas na Terra<br />

US$/ hectare/ ano km 2 ha US$ x 10 6<br />

US$ de 1994<br />

1 Florestas<br />

2.007 100 10.000 20<br />

tropicais<br />

2 Wetland- várzeas<br />

19.580 20 2.000 39<br />

e planícies<br />

inundáveis<br />

3 Lagos e rios 8.498 6 600 5<br />

4 Área de<br />

92 5 500 0<br />

plantações<br />

5 Total 131 13.100 64<br />

O valor monetário estimado dos nossos ecossistemas naturais de Guarulhos somam 64 milhões de<br />

dólares /ano<br />

O município de Guarulhos tem para novembro de 2004 um orçamento do ecossistema de 64 milhões<br />

de dólares anuais, enquanto o orçamento municipal é de US$ 300 milhões.<br />

Tabela 15.3- Valores resumos da somatória dos serviços dos ecossistemas por ecossistema conforme Costanza, 1997.<br />

Biomassa<br />

Trilhões de dólares americanos com ano base<br />


Marinha<br />

Oceano aberto 8,4<br />

Áreas costeiras 12,6<br />

Total da biomassa marinha 21,0<br />

Terrestre<br />


Gramíneas and rangelands 0,9<br />

Wetlands 4,9<br />

Lagos e rios 0,1<br />


Total da biomassa terrestre 12,3<br />

Total geral da biomassa marinha e terrestre 33,3<br />

Costanza, 1997 achou 17 serviços prestados pelos ecossistemas, tais como: suprimento de água,<br />

combate a erosão, produção de comida, recreação, controle do clima etc que estão resumidos na Tabela<br />


Tabela 15.4- Valores dos serviços prestados pelos ecossistemas conforme Costanza, 1997<br />

Serviços dos ecossistemas<br />

Trilhões de dólares americanos com ano base<br />


Regulação do ar atmosférico 1,3<br />

Mitigação de enchentes e tempestades 1,8<br />

Regulação da água 1,1<br />

Suprimento de água 1,7<br />

Ciclo dos nutrientes 17,1<br />

Tratamento de esgotos 2,3<br />

Produção de comida 1,4<br />

Serviços culturais 3,0<br />

Outros 3,6<br />

Total geral da biomassa marinha e terrestre 33,3<br />

8-6




15.4 Living Planet Report 2004-Pegada ecológica<br />

O dr. Claude Martin Diretor Geral da WWF internacional publicou o “Living Planet Report 2004”.<br />

Ecological footprint (pegada ecológica) é uma medida que mostra a produtividade biológica da terra<br />

e da água de uma cidade, de um pais, de uma região e da humanidade que requer para produzir os recursos<br />

que vai consumir e absorver os resíduos gerados por ela usando os recursos tecnológicos e gestão. As terras<br />

e a água podem ser de qualquer lugar da Terra.<br />

A pegada ecológica global é a área da biosfera produtiva necessária para manter a economia<br />

humana nas práticas atuais. A pegada ecológica global do Brasil é 2,2ha/pessoa e dos Estados Unidos é<br />

9,5ha/pessoa, isto porque os Estados Unidos usam mais energia que o Brasil, pois o índice total é uma soma<br />

de energia, comida, fibras, matas, pescas, etc.<br />

8-7

Curso de manejo de águas pluviais<br />

Capitulo 48- Recarga artificial das águas subterrâneas<br />

Engenheiro Plínio Tomaz 29 março de 2010 pliniotomaz@uol.com.br<br />


Recarga artificial das águas subterrâneas<br />

O rei Ezequias mandou executar em Jerusalém por volta de 700 aC um túnel em rocha maciça com 535m<br />

de comprimento, que levava a água da Fonte de Gion para o Tanque de Siloé, com 1,80m de altura, em forma de S<br />

e que funciona até hoje. A obra foi executada em duas frentes e no dia encontro, as duas equipes de trabalhadores<br />

marcaram o evento escrevendo em aramaico no teto do túnel.<br />

Bíblia de Estudo -Nova Versão Internacional, 2003.<br />

48-1





Ordem Assunto<br />

Capítulo 48- Recarga artificial das águas subterrâneas (BMP)<br />


48.2 Reservatório de infiltração<br />

48.3 Califórnia- Aquifer storage and recovery (ASR)<br />

48.4 Trincheira de infiltração<br />

48.5 Poços secos (dry Wells) executados na zona vadosa<br />

48.6 Recarga por poços tubulares profundos de injeção<br />

48.7 Volume de recarga artificial<br />

48.8 Outorga para recarga artificial de aqüíferos<br />

48.9 Método de análise de recessão- Meyboom, 1961<br />

48.10 Fórmulas empíricas para a recarga média anual<br />



48-2




Apresentação<br />

A recarga de aqüíferos é um assunto complexo e de pequena bibliografia disponível. Devido a<br />

isto fizemos este capítulo especial com algumas considerações sobre recarga.<br />

Tratamos da recarga do aquifero com as aguas pluviais, mas também pode ser usada água de<br />

reúso de esgotos após o tratamento primário, secundário e terciário<br />

Apresentamos o método de Meyboom que é usado para recarga de aqüíferos.<br />

Guarulhos, 29 de março de 2010<br />

Plinio Tomaz<br />

Engenheiro civil<br />

48-3




Capítulo 48- Recarga artificial das águas subterrâneas (BMP)<br />


O objetivo é que a recarga no pós-desenvolvimento seja a mesma do pré-desenvolvimento.<br />

Para os efeitos de recarga de aqüíferos subterrâneos em BMP (Best Management Practices)<br />

que iremos enfocar salientamos que as áreas aplicadas são pequenas e menores que 200ha (2km 2 ).<br />

A infiltração é o processo de movimento da água para dentro da interface solo-ar.<br />

Recarga é o processo pelo qual a água se move da zona não saturada para a zona saturada. A<br />

área de recarga é aquela em que a água infiltra no solo e percola até atingir o aqüífero subterrâneo. Na<br />

Figura (48.1) podemos ver que o lençol freático é o topo da zona de saturação.<br />

Por definição água subterrânea é aquela que preenche os vazios do solo e das rochas.<br />

A recarga das águas subterrâneas é um dos componentes do ciclo hidrológico menos<br />

documentado e entendido do que os outros conforme Gburck e Folmar, 199 in Fennessey.<br />

Infelizmente existe muita incerteza de como é feita a percolação da água entre a zona das raízes e o<br />

lençol freático.<br />

Figura 48.1- Distribuição da água abaixo da superfície do solo<br />

Fonte: Patrick Valverde Medeiros<br />

Existe a recarga natural e a recarga artificial dos aqüíferos subterrâneos e interessaremos<br />

somente pela recarga artificial.<br />

48-4




Figura 48.2- Esquema de recarga natural<br />

A recarga natural conforme Figura (48.3) é praticamente de 30% a 50% da precipitação em<br />

climas temperados úmidos, 10% a 20% na região do Mediterrâneo e de 0 a 2% em climas áridos<br />

conforme Bouwer, 2000. A recarga natural varia de poucas horas ou dias, até 10.000anos ou mais em<br />

climas secos.<br />

É importante salientar que 98% da água doce do mundo é água subterrânea. Para o século XXI<br />

a previsão é do uso das águas subterrâneas, armazenando-as não mais em barragens superficiais e sim<br />

em aqüíferos subterrâneos e depois retirá-las com bombeamento- Aquifer storage and recovery-<br />

ASR.<br />

Na Austrália temos desde 1997 o Water Resources Act 1997 que inclui o ASR. Vários estados<br />

americanos possuem legislação sobre ASR.<br />

48.2 Tecnologias básicas para recarga das aguas subterrâneas<br />

As tecnologias básicas existentes para recarga das águas subterrâneas são quatro conforme<br />

Figura (48.3):<br />

• Reservatório de infiltração que se situam na zona vadosa (zona aerada)<br />

• Trincheiras de infiltração que se situam na zona vadosa<br />

• Poços secos de recarga situados na zona vadosa não atingindo o lençol freático.<br />

• Poços tubulares profundos de recarga que penetram no lençol freático<br />

48-5




Figura 48.3- Esquema dos quatro tipos básicos de infiltração da esquerda para a direita:<br />

reservatório de infiltração, trincheira de infiltração, poço seco de recarga na zona vadosa e<br />

poço tubular profundo de recarga na zona saturada.<br />

A Figura (48.4) mostra a zona saturada e aerada (não saturada).<br />

Figura 48.4 - Distribuição da água abaixo da superfície do solo<br />

Fonte: Todd, 1980<br />

48-6




Para a recarga em aqüíferos não confinados podemos usar reservatório e trincheira de<br />

infiltração bem como poços secos de recarga, mas para aqüíferos confinados a única alternativa é a<br />

injeção de água em poços tubulares profundos.<br />

De modo geral são usadas as águas dos rios e do runoff e para a recarga artificial, mas pode<br />

ser usada com certas cautelas a água de esgotos sanitários tratada, que não será objeto de nossos<br />

estudos.<br />

Acredita-se que a recarga artificial será de grande uso no século XXI conforme Bouwer, 2002.<br />

Vamos descrever sucintamente as quatro tecnologias básicas.<br />

Na Figura (48.5) mostra os vários tipos de aqüíferos: confinado, não confinado e suspenso.<br />

Figura 48.5- Três tipos de aqüíferos: confinado, não confinado e suspenso.<br />

Figura 48.6- Poço artesiano, poço freático e poço artesiano jorrante<br />


48-7





Para que isto aconteça é importante as condições geológicas existentes devendo existir solos<br />

permeáveis e aqüífero não confinado bem como área disponível para a construção da reservatório de<br />

infiltração.<br />

Na Figura (48.7) temos um esquema de reservatório de infiltração.<br />

Figura 48.7- Esquema de infiltração<br />

Fonte: Bouwer, 2002.<br />

Dimensionamento do reservatório de infiltração<br />

Área da superfície (As) do reservatório de infiltração localizada no fundo da mesma, pode ser<br />

calculada pela seguinte equação:<br />

As= SF x WQv / (T x K)<br />


As= área da fundo da reservatório de infiltração (m 2 )<br />

WQv= volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m 3 )<br />

SF= fator de segurança= 2<br />

T= tempo para infiltração da água no solo = 48h 24h ≤ T ≤ 72h<br />

K= condutividade hidráulica (m/h). 13mm/h ≤ K ≤ 60mm/h<br />

d= profundidade da reservatório (m) 0,30≤ d ≤ 1,80m<br />

d= WQv / As<br />


Calcular um reservatório de infiltração off line onde a área da bacia tem 6ha e a área impermeável é<br />

de 60%.<br />

Rv= 0,05+ 0,009 x AI= 0,05 + 0,009 x 60= 0,59<br />

O valor de WQ v será:<br />

WQ v = (P/1000) x R v x A (ha) x 10000m 2<br />

P=25mm R v =0,59 A=6ha<br />

WQ v = (25/1000) x 0,59 x 6ha x 10000m 2 = 885m 3<br />

SF= 2 (fator de segurança)<br />

K= 13mm/h= 0,013m/h<br />

T= 48h<br />

WQv= 885m 3 As= SF x WQv / ( K x T)<br />

As= 2 x 885/ (0,013 x48) = 2837m 2<br />

Profundidade = Volume WQv / área do fundo da reservatório = 885m 3 / 2837m 2 = 0,31m OK<br />

48-8




Pré-tratamento<br />

Volume = 0,1 x WQv= 0,1 x 885m 3 = 89m 3<br />

Os detalhes do pré-tratamento podem ser visto no Capítulo 4 deste livro.<br />


Calcular um reservatório de infiltração off line onde a área da bacia tem 2ha e a área impermeável é<br />

de 50%.<br />

Rv= 0,05+ 0,009 x AI= 0,05 + 0,009 x 50= 0,5<br />

O valor de WQ v será:<br />

WQ v = (P/1000) x R v x A (ha) x 10000m 2<br />

P=25mm R v =0,5 A=2ha<br />

WQ v = (25/1000) x 0,5 x 2ha x 10000m 2 = 250m 3<br />

SF= 2 (fator de segurança)<br />

K= 60mm/h= 0,06m/h<br />

T= 48h<br />

WQv= 250m 3 As= SF x WQv / ( K x T)<br />

As= 2 x 250/ (0,06 x48) = 174m 2<br />

Profundidade = Volume WQv / área do fundo da reservatório = 250m 3 / 174m 2 = 1,44m OK<br />

Pré-tratamento<br />

Volume = 0,1 x WQv= 0,1 x 250m 3 = 25m 3<br />

Os detalhes do pré-tratamento podem ser visto no Capítulo 4 deste livro.<br />

Os reservatórios de infiltração são lagoas rasas com altura máxima de 1,00m e cujo objetivo é<br />

que as águas se infiltrem no solo e as grandes vantagens de fazer uma reservatório rasa são:<br />

• Teremos um pequeno tempo de residência da água dentro da lagoa.<br />

• Crescerá menos algas.<br />

• A pouca profundidade reduzirá a compactação e conseqüentemente diminuirá o entupimento<br />

(clogging) que é uma camada no fundo da lagoa.<br />

• A manutenção é fácil de se fazer e remover a camada fina de sedimentos impedindo o<br />

clogging.<br />

• O custo de construção é menor devido a menor altura de escavação.<br />

• A evapo-transpiração existirá, mas não será muito grande.<br />

48-9




Figura 48.8- Reservatório de infiltração<br />

Fonte: University of Califórnia, 2001<br />

O reservatório de infiltração ainda possui a vantagem de melhorar a qualidade das águas<br />

pluviais como consta na Tabela (48.1) do FHWA, 2000. Haverá remoção de fósforo total, nitrogênio<br />

total, metais e bactérias.<br />

Tabela 48.1 - Estimativa de remoção dos poluentes de um reservatório de infiltração em %<br />

TSS<br />

Sólidos totais em<br />

TP<br />


TN<br />

Nitrogênio total Metais<br />

DBO<br />

Demanda bioquímica Bactéria<br />

suspensão<br />

de oxigênio<br />

99% 65% a 75% 60% a 70% 95% a 99% 80% 90%<br />

Fonte: FHWA, 2000<br />

Uma desvantagem do reservatório de infiltração é que necessita relativamente de áreas<br />

grandes, comparadas, por exemplo, com os poços de recarga secos ou profundos, conforme Jemez,<br />


A Figura (48.9) mostra a formação do clogging, que é uma espessura de aproximadamente<br />

1mm e que pode chegar até 10mm e que impede a infiltração da água no solo.<br />

Figura 48.9- Esquema mostrando o entupimento (clogging) que tem de 1mm de espessura até 10mm<br />


48-10




A Figura (48.9) mostra o alteamento do lençol freático quando se faz uma infiltração.<br />

Figura 48.10- Esquema do alteamento do lençol freático devido a recarga do aqüífero.<br />


48.4 Reservatório de infiltração para recarga baseado na equação de Green e Ampt, 1911<br />

Vamos fazer uma apresentação baseada em Metcalf e Eddy, 2007 que é baseada na equação<br />

de Green e Ampt, 1911 e modificada por Bouewer, 1966 e Neuman, 1976.<br />

A velocidade de infiltração é dada pela equação:<br />

V= K x (Hw + Lf – Hcr)/ Lf<br />


V= taxa de infiltração (m/dia)<br />

K= condutividade hidráulica na zona molhada (m/dia)<br />

Hw= profundidade da água acima do solo (m)<br />

Lf= profundidade da frente molhada (m)<br />

Hcr= pressão crítica do solo (m). Varia de -0,1m (solos grosseiros) a -1m (solos finos).<br />

Integrando dLf/ dt obtemos:<br />

t = (f/K) x { Lf – (Hw – Hcr) x { ln [(Hw + Lf – Hcr)/(Hw-Hcr)]}}<br />


t= tempo desde o início de infiltração em dias<br />

f= porosidade efetiva do solo (dimensional). Para areia varia de 0,20 a 0,30.<br />

Exemplo 48.3- baseado em Metcalf e Eddy, 2007<br />


Hw=0,7m (altura da água)<br />

K= 1m/dia= condutividade hidráulica que corresponde a 42mm/h<br />

Hcr= -0,5 (valor médio)<br />

f=0,35 (valor alto)<br />

Área de recarga = 100m 2<br />

Lf= 10m= profundidade até a zona saturada<br />

Vamos variar o valor total de Lf=10m de 0,50m em 0,50m da seguinte maneira:<br />

t = (f/K) x { Lf – (Hw – Hcr) x { ln [(Hw + Lf – Hcr)/(Hw-Hcr)]}}<br />

t = (0,35/1) x { 0,5 – (0,7 –(-0,5)) x { ln [(0,7 + 0,5 – (-0,5))/(0,7-(-0,5)]}}= 0,029d<br />

A velocidade é calculada assim:<br />

V= K x (Hw + Lf – Hcr)/ Lf<br />

V= 1,0 x (0,7 + 0,5 – (-0,5))/ 0,5= 3,4m/s<br />

48-11




Na Tabela (48.2) estão os cálculos de aplicação do Método de Green e Ampt.<br />

Nota: fizemos aplicação pelo método que usamos no livro Poluição Difusa e os resultados são<br />

os mesmos.<br />

Tabela 48.2- Cálculos de recarga de reservatório de infiltração segundo Green e Ampt<br />

Lf f Hcr<br />


Hw<br />



(m/dia)<br />

t<br />

(dias)<br />

Velocidade de<br />

infiltração (m/d)<br />

0,50 0,35 -0,5 0,7 1,00 0,029 3,40<br />

1,00 0,35 -0,5 0,7 1,00 0,095 2,20<br />

1,50 0,35 -0,5 0,7 1,00 0,184 1,80<br />

2,00 0,35 -0,5 0,7 1,00 0,288 1,60<br />

2,50 0,35 -0,5 0,7 1,00 0,402 1,48<br />

3,00 0,35 -0,5 0,7 1,00 0,524 1,40<br />

3,50 0,35 -0,5 0,7 1,00 0,652 1,34<br />

4,00 0,35 -0,5 0,7 1,00 0,784 1,30<br />

4,50 0,35 -0,5 0,7 1,00 0,921 1,27<br />

5,00 0,35 -0,5 0,7 1,00 1,060 1,24<br />

5,50 0,35 -0,5 0,7 1,00 1,203 1,22<br />

6,00 0,35 -0,5 0,7 1,00 1,347 1,20<br />

6,50 0,35 -0,5 0,7 1,00 1,494 1,18<br />

7,00 0,35 -0,5 0,7 1,00 1,643 1,17<br />

7,50 0,35 -0,5 0,7 1,00 1,793 1,16<br />

8,00 0,35 -0,5 0,7 1,00 1,945 1,15<br />

8,50 0,35 -0,5 0,7 1,00 2,097 1,14<br />

9,00 0,35 -0,5 0,7 1,00 2,251 1,13<br />

9,50 0,35 -0,5 0,7 1,00 2,406 1,13<br />

10,00 0,35 -0,5 0,7 1,00 2,562 1,12<br />

Observar na Figura (48.10) no gráfico que no final de 2,251dias a velocidade fica constante de<br />

1,13m/dia.<br />

Velocidade de infiltração m/dia<br />

Taxa de<br />

infiltração<br />

(m/dia)<br />






0,000 1,000 2,000 3,000<br />

Tempo em dias<br />

Figura 48.11- Gráfico da velocidade de infiltração<br />

Metcalf e Eddy, 2007 observam que quando se usa o coeficiente K deve-se usar um<br />

coeficiente de segurança igual a 2,0 e quando usamos a reservatório para água de reúso temos que<br />

aplicar novamente novo coeficiente de segurança igual a 2,0. Assim teremos um valor de segurança<br />

que evitará o clogging.<br />

48-12




48.5 Califórnia- Aquifer storage and recovery (ASR)<br />

Na Califórnia foram gastos de 1996 a 2000 mais de 500 milhões de dólares na recarga de<br />

aqüíferos subterrâneos, com diversos nomes, sendo o mais popular o groundwater storage projects<br />

(Jones, 2003) conforme Figura (48.11) e conhecido mundialmente como Aquifer Storage and<br />

Recovery (ASR).<br />

Grandes volumes de água são transferidos através de canais e levados para reservatórios<br />

subterrâneos, que são os aqüíferos. A água é depois bombeada através de poços tubulares profundos<br />

para uso municipal e irrigação, constituindo cerca de 30% de toda a água usada na Califórnia<br />

conforme Figura (48.12) a Figura (48.15).<br />

Figura 48.12- No mapa da Califórnia estão os 15 grandes projetos.<br />

Fonte: American Water Works Association, Journal, february, 2003<br />

48-13




Figura 48.13- Barragem no rio Santa Clara, Califórnia<br />


Figura 48.14- Barragem de borracha inflável para recarga no Alameda County Water District, Califórnia.<br />


48-14




Figura 48.15- Área de recarga de Orange County Water Distrit, Califórnia que recebe água do<br />

canal do rio Santa Ana. A reservatório foi escarificado mecanicamente para facilitar a recarga<br />

e evitar entupimentos e para que a taxa de percolação atinja 3m/dia (125mm/h).<br />


48-15





As trincheiras de infiltração são escavações feitas no solo que chegam até profundidades de<br />

2,40 abaixo da superfície, mas 1,20m acima de lençol freático. Nela são introduzidas pedras britas ou<br />

areia grossa ou pedregulhos. Os tubos perfurados instalados no meio da trincheira permitem a<br />

introdução de água ao longo da mesma.<br />

Requer também a existência de solo com boa taxa de permeabilidade e podem ser escavadas<br />

mais profundas que as reservatórios de infiltração.<br />

As trincheiras de infiltração necessitam de menos terra e possuem a vantagem que podem ser<br />

aterradas de maneira que as pessoas não suspeitam da obra que está no subsolo, não alterando a<br />

paisagem local.<br />

O custo da trincheira de infiltração é intermediário entre uma reservatório de infiltração e um<br />

poço de recarga.<br />

Diferentemente das reservatórios de infiltração as trincheiras de infiltração são difíceis de<br />

serem feitas a manutenção, devendo sempre fazer um pré-tratamento adequado. Em último caso a<br />

mesma é abandonada e construída outra em local próximo.<br />

Algumas vezes a trincheira de infiltração é entupida não por materiais inorgânicos e sim por<br />

materiais orgânicos (clogging biológico) e para isto deve-se deixá-la inoperante por um ano mais ou<br />

menos e ela entrará em funcionamento normal novamente.<br />

Uma das maneiras de procurar se evitar um pouco o fenômeno do entupimento é envolver o<br />

material drenante com bidim.<br />

48.7 Poços secos (dry wells) executados na zona vadosa para infiltração de esgoto tratado<br />

(terciário).<br />

Os primeiros poços secos executados na zona vadosa foram feito em 1990 no estado do<br />

Arizona na cidade de Scottsdale e funcionam muito bem até hoje. Ainda o uso dos dry wells é muito<br />

limitado.<br />

A vida útil de um dry well é de 20anos conforme Metcalf e Eddy, 2007.<br />

É importantíssimo para o bom funcionamento de um dry well é que os esgotos sejam tratados<br />

pelo sistema MBR (membrane bioreactors) que é o uso de membranas junto com o lodo ativado e<br />

isto evitará o clogging (entupimento).<br />

Os poços secos executados na zona vadosa possuem diâmetros de 1,00m a 2,00m e com<br />

profundidades de 10m a 50m, sempre situados acima do lençol freático para permitir a infiltração das<br />

águas.<br />

A construção é feita por métodos manuais ou mecânicos de escavação e o poço é preenchido<br />

com agregados de diâmetros grandes e pequenos.<br />

A causa do clogging conforme Metcalf e Eddy, 2007 são basicamente três:<br />

‣ Clogging devido a ação biológica: o uso de cloração de 2mg/L a 5mg/L evitará o problema.<br />

‣ Clogging devido a entrada de ar: é necessário deixar um aerador de cerca de 75mm e que os<br />

efluentes sejam lançados no fundo do poço através de um tubo de plástico com cerca de<br />

450mm de diâmetro.<br />

‣ Clogging devido ao sólido total em suspensão: o uso de tratamento como o MBR resolverá o<br />

problema.<br />

Os dry well geralmente são feitos em locais onde no solo temos menos que 20% de argila ou<br />

que tenha menos de 40% de argila e silte juntos.<br />

A declividade do terreno não pode passar de 15%.<br />

Se existe um hotspot, isto é, um posto de gasolina, oficina mecânica ou local de potencial<br />

contaminação do aqüífero subterrâneo, não deverá ser feita a recarga.<br />

48-16




Deve ficar no mínimo a 3,00m de algum prédio.<br />

É recomendado que o tempo de infiltração da água no solo seja de no máximo 48h.<br />

Deve ser feito estudo para achar a condutividade hidráulica K na profundidade do dry well<br />

sendo uma amostra para cada 500m 2 e no mínimo duas amostras.<br />

48.8- Dimensionamento do sistema dry well situado em zona vadosa, não saturada e acima do<br />


O nosso objetivo é infiltrar águas pluviais na região vadosa do solo, isto é, na região não<br />

saturada ou até atingirmos a região saturada.<br />

A fórmula só é válida quando o comprimento L w for maior que 10 x raio do poço. A distância<br />

entre um poço e outro é no mínimo de cinco diâmetros.<br />

Concepção<br />

A ideia é termos um reservatório de pedras britadas de aproximadamente 0,20m de altura e<br />

sobre estas pedras vai o geotêxtil. Sobre o geotêxtil vai terra e a grama propriamente dita. A chuva<br />

caindo sobre o gramado se infiltra rapidamente para o reservatório de pedra que encaminhará a água<br />

para o dry well e o mesmo levará a água para ser infiltrada.<br />

Haverá uma malha de furos de brocas perfurados manualmente, dimensionados para que não<br />

haja estagnação da água de chuva.<br />

A concepção do projeto é fazer brocas manuais com profundidade de até 6,00m e diâmetro<br />

que varia de 0,15m a 0,30m em solo acima do lençol freático.<br />

No furo perfurado pelas brocas colocaremos tubos de PVC perfurado com furos ou ranhuras<br />

até atingir o fundo conforme modela de Zangar, 1953..<br />

Dentro do tubo jogaremos um geotêxtil (bidim) e lançaremos mistura de pedra 1 e 2.<br />

Chuva<br />

Vamos usar duração de chuva de 1h para períodos de retorno de 5anos, 25anos e 100anos.<br />

A sugestão é que a água de chuva se infiltre rapidamente e se acumule no reservatório de<br />

pedra britada.<br />

Equação de Zangar<br />

A taxa de recarga na zona vadosa pode ser calculada usando a Equação de Zangar conforme<br />

Bouwer, 2002. Na concepçaco de Zangar, 1953 salienta que o escoamento da água no dry Wall é no<br />

fundo, mas também nas paredes.<br />

Q= ( 2 π K L 2 w ) / [ ln( 2L w /r w ) -1 ]<br />


Q= taxa de recarga (m 3 /dia)<br />

K= condutividade hidráulica (m/dia) obtido em testes.<br />

L w = profundidade da água no poço (m)<br />

r w = raio do poço (m)<br />

ln= logaritmo neperiano.<br />

L w > 10 x r w<br />

48-17




Figura 48.16- Esquema do dry well<br />

48-18




Dimensionamento do sistema dry well situado em zona vadosa, não saturada e acima do<br />


Vamos chamar a precipitação P (m) sobre a area A (m 2 ) num determinado tempo D (h).<br />

O equilibrio de volume será o volume da precipitação num determinado tempo que será igual<br />

ao volume armazenado no reservatório de britada e mais o volume infiltrado no dry well<br />

calculado como equação de Zangar.<br />

Vc= V R + Vdry<br />

Vc= volume da precipitação num determinado tempo (m 3 )<br />

V R = volume de água armazenada nas pedras britadas (m 3 )<br />

Vdry= volume diário a ser infiltrado no dry well (m 3 /dia)<br />

Vc= P . A . D<br />


Vc= volume precipitado na area A em determinado tempo D em m 3 .<br />

D= duração da chuva em horas<br />

A= area que levara água para o reservatorio de pedra britada e que abastecerá o dry well em<br />

m 2<br />

P= precipitação num determinado tempo D (m)<br />

V R = h . n . A<br />


V R = volume armazenado no reservatorio de pedra britada (m 3 )<br />

h= altura do reservatorio de pedra britada (m)<br />

n= porosidade efetiva das britas no reservatorio (adimensional)<br />

O volume no dry well Vdry será igual a vazão diária infiltrada pelo mesmo com a equaçao de<br />

Zangar.<br />

Vdry= Q<br />

Q= ( 2 π K L w 2 ) / [ ln( 2L w /r w ) -1 ]<br />


Vdry= volume que se infiltra no dry well (m 3 ) em um dia<br />

Q= taxa de recarga (m 3 /dia)<br />

K= condutividade hidráulica (m/dia) obtido em testes.<br />

L w = profundidade da água no poço (m)<br />


ln= logaritmo neperiano.<br />

Condição proposta por Zangar,1953 pois teremos menos erros. L w ≥ 10 x r w<br />

A equação original de Zangar ,1953 aparece o seno hiperbolico que dá o mesmo resultado da<br />

equaçao acima com logaritmo neperiano. Observar que temos que achar a função inversa do<br />

seno hiperbolico que é asenh em planilha Excel.<br />

Q= ( 2 π K L w 2 ) / [ senh -1 ( L w /r w ) -1 ]<br />

Q= volume (m 3 /dia)<br />

48-19




n= porosidade efetiva=0,35<br />

h= altura do reservatório de pedra britada (m). Varia de 0,15m 0,30m.<br />

A= área de seção circular de lado= PI x b 2 /4<br />

b= diametro da area circular (m)<br />

D= duração da chuva (h). Geralmente D=1h.<br />

P= precipitação da região para 1h de duração e Tr=5anos<br />

Raio b<br />

O raio b proposto por Zangar, 1953 é dado pela equação:<br />

K . PI x b 2 = Q<br />

b= [Q / (K x 3,1416)] 0,5<br />


b= raio do círculo de abrangência do dry well (m)<br />

Q= vazão de infiltração (m 3 /dia)<br />

K= coeficiente de permeabilidade (m 3 /dia)<br />

Zangar, 1953 sugere a equação:<br />

b= Lw x ( 2/ [senh -1 (Lw/rw) -1]<br />


Calcular a taxa de recarga de um poço seco com 50m de profundidade, raio de 1,00m e<br />

condutividade hidráulica de 0,48m/dia<br />

Q= ( 2 π K Lw 2 ) / [ ln(2Lw/rw) -1 ]<br />

Q= ( 2 π x 0,48 x 50 2 ) / [ ln( 2x 50/1,00) -1 ] = 2091m 3 /dia<br />


Calcular a taxa de recarga de um poço seco com 2,5m de profundidade, raio de 0,30m e<br />

condutividade hidráulica de 0,0288m/dia (20mm/h= 1,2mm/h=28,8 L/diax m 2 ).<br />

Q= ( 2 π K Lw 2 ) / [ ln(2Lw/rw) -1 ]<br />

Q= ( 2 π x 0,0288 x 2,5 2 ) / [ ln( 2x 2,5/0,30) -1 ] = 0,45m 3 /dia<br />


Dado Q= 0,45m 3 /dia<br />

K= 0,0288m/dia =1,2mm/h= 28,8 L/m 2 x dia<br />

b= [Q / (K x 3,1416)] 0,5<br />

b= [0,45 / (0,0288x 3,1416)] 0,5<br />

b= 2,23 m<br />

Diâmetro do circulo 2 x b= 2 x 2,23m= 4,47m<br />

Area do circulo (m 2 )= A=PI x 4,47 2 /4= 15,67m 2<br />

Volume de chuva (m 3 )= P x D= (51,8mm/1000) x 1,00h= 0,81m 3<br />

Volume no reservatório de brita britada (m 3 )= h x n x A=0,10 x 0,35 x 15,67=0,55m 3<br />

Volume diário infiltrado no dry well (m 3 )= 0,45m 3<br />

Tempo de esvaziamento (dias) = (Volume de chuva – Volume reservatório de pedra)/ Volume<br />

infiltrado no dry well= (0,81m 3 -0,55m 3 )/ 0,45m 3 = 0,58 dias= 13h < 48h OK<br />

48-20




b= Lw x ( 2/ [senh -1 (Lw/rw) -1]<br />

b= 2,5x ( 2/ [senh -1 (2,5/0,15) -1]= 1,99m<br />

Portanto, o resultado é muito semelhante ao obtido de b=2,23m<br />

Metcalf e Eddy, 2007 apresenta outras duas equações devidas a Zangar e citados por Bouwer<br />

e Jackson, 1974. As equações são as seguintes:<br />

Q= (K x 2 x PI x Lw 2 ) / { ln [ Lw/rw + ( Lw 2 /rw 2 -1) 0,5 -1 } para Si>> L<br />


K= condutividade hidráulica (m/s)<br />

Q= vazão (m 3 /s)<br />

Lw= profundidade da água dentro do dry well (m)<br />

Ln= logaritmo neperiano<br />

rw=raio do poço (m)<br />

Si= distância do fundo do dry well até a área impermeável (m). Observar que não leva em conta o<br />

nível do lençol freático conforme se pode ver na Figura (48.16)<br />

Quando o valor de isto é, para um poço raso então podemos fazer uma simplificação:<br />

K= [3 x Qx ln (Lw/rw)] / [ PI x Lw x (3 x Lw + 2 x Si)] Si




48.9 Recarga por meio de poços tubulares profundos de injeção na zona saturada<br />

Os poços tubulares profundos de recarga penetram no aqüífero subterrâneo onde é feita a<br />

injeção de água. São muito caros e não necessitam de grandes desapropriações.<br />

Para manutenção é necessário que duas ou três vezes ao dia durante 15min por dia seja feito o<br />

bombeamento para prevenir entupimentos e fazer o desenvolvimento do poço.<br />

O Brasil ainda não possuem padrões de qualidade da água de injeção no aqüífero.<br />

É muito importante estabelecer critérios para recarga de aqüíferos subterrâneos usando o<br />

volume WQ v com objetivo manter o fornecimento de água subterrânea de maneira a conservar a<br />

vazão base dos cursos de água.<br />

A recarga de um poço tubular profundo depende se o aqüífero é confinado ou não conforme<br />

Figura (48.18).<br />

Figura 48.18- Recarga radial em poços tubulares profundos localizados em aqüíferos confinados e não confinados.<br />


Quando a água entra pelo poço, forma-se um cone semelhante, mas inverso ao cone de<br />

depressão que se forma em torno do poço.<br />

48-22




Conforme Todd, 1980 foram estabelecidas duas equações para aqüíferos confinados e não<br />

confinados para a taxa de recarga Qr.<br />

Qr= (2π K b (h w – h 0 ) / ln (r o /r w )<br />

para aqüíferos confinados<br />

Qr= (π K (h 2 2<br />

w – h 0 ) / ln (r o /r w )<br />

para aqüíferos não confinados (livres)<br />


Qr= taxa de recarga (m 3 /dia)<br />


b=espessura do aqüífero confinado (m)<br />

h w = equivalente ao nível dinâmico do poço (m) conforme Figura (48.16b)<br />

h o =altura do lençol freático (m)<br />

ln= logaritmo neperiano<br />

r o = raio do cone de depressão (m)<br />


Segundo Todd, 1980 a recarga será aproximadamente a vazão equivalente produzido por uma<br />

bomba centrifuga para retirar água do poço tubular profundo.<br />


Dimensionar um poço seco executado na zona vadosa para recarga de 260m 3 com coeficiente de<br />

permeabilidade K=36mm/h (0,864m/dia) e poço com r=1,00m de raio e profundidade de L=10m.<br />

Q= ( 2 π K L 2 ) / [ ln( 2L/r) -1 ]<br />

Q= ( 2 π x 0,864 x 10 2 ) / [ ln( 2x 10/1,00) -1 ] = 272m 3 /dia > 260m 3<br />


Calcular a recarga de um poço tubular profundo com diâmetro de 200mm em aqüífero não confinado<br />

com coeficiente de armazenamento 0,012, transmissibilidade 5,46m 2 /h, (Poço P-04óu 15E) do<br />

Aeroporto Internacional de Guarulhos com espessura da camada filtrante de 76m.<br />

O poço está no graben Cumbica em região sedimentar com camadas de arenito intercaladas<br />

com camadas de solo argiloso.<br />

Profundidade do poço = 134m<br />

Nível estático em 1989 = 64,93m (a partir da superfície)<br />

Nível dinâmico em 1989 = 75,4m ( a partir da superfície)<br />

Vazão = 47,2m 3 /h (1989) vazão extraída pelo poço artesiano<br />

T=transmissibilidade= 5,46m 2 /dia<br />

Mas T= K x h<br />

h= camadas de areia intercaladas com camadas de argilas= 76m (retirado do perfil geológico do poço<br />

15E).<br />

K= T/h = 5,46m 2 /dia / 76m = 0,072m/h= 1,73m/dia = 72mm/h<br />

h w = 134m- 64,93m = 69,07m<br />

h o = 134m- 74,5m= 59,5m<br />

r w = 200mm/2 = 100mm= 0,10m<br />

r o =350m (raio de influência do poço tubular profundo)<br />

Qr= (π K (h w 2 – h 0<br />


) / ln (r o /r w )<br />

Qr= (π x 1,73x (69,07 2 – 59,5 2 ) / ln (350/0,10) = 822m 3 /dia= 34m 3 /h<br />

Portanto, a vazão de recarga será de 822m 3 /dia de águas pluviais de boa qualidade, ou seja, 34<br />

m 3 /h, que é próximo da vazão extraída como afirma Todd, 1980.<br />

48-23




48.10 Método de Theis, 1935<br />

Metcalf e Eddy, 2007 apresenta a aplicação do método de Theis para estudar o problema de<br />

operação de um poço tubular profundo de injeção:<br />

ho- h(r,t) = [Q/ (4 x PI x T)] x W (u)<br />

u= (r 2 x S)/ (4 x T x t)<br />


ho= pressão usada na injeção da água (m)<br />

h(r,t)= pressão da distância radial r do centro do poço num tempo t (m)<br />

r= distância radial do centro do poço (m)<br />

t= tempo após a injeção (s)<br />

Q= vazão injetada de água (m 3 /s)<br />

T= transmissividade do aqüífero (condutividade hidráulica x profundidade do aqüífero) (m 2 /s)<br />

W (u)= função do poço (adimensional). Existe tabela para isto.<br />

u= parâmetro do tempo (adimensional)<br />

S= coeficiente de armazenamento (adimensional)<br />

Nota: a equação de Theis é muito usada para calcular a queda h(r,t) é menor que ho entretanto a<br />

equação pode ser aplicada para injeção multiplicando por um sinal negativo como segue:<br />


h(r,t) -ho = [Q/ (4 x PI x T)] x W (u)<br />

Exemplo 48.9- Baseado em Metcalf e Eddy, 2007.<br />

Queremos usar um poço de injeção para recarga de água de reuso usando a equação de Theis:<br />


T= 0,02m 2 /s S=0,0001 Q=0,03m 3 /s raio do poço r=0,30m.<br />

Determinar a pressão acima da cota piezométrica necessária para manter a infiltração depois de<br />

10dias após a injeção.<br />

u= (r 2 x S)/ (4 x T x t)<br />

u= (0,3 2 x 0,0001)/ (4 x 0,02 x 10 x 86.400)= 1,2 x 10 -10<br />

Entrando na Tabela (48.4) de aplicação do método de Theis achamos W (u)=22,2<br />


ho- h(r,t) = [0,03/ (4 x 3,1416 x 0,02)] x 22,2=2,65m<br />

Portanto, devemos aplicar uma pressão de 2,65m durante 10dias para infiltrar 0,03m 3 /s.<br />

Tabela 48.3- Valores de W(u) para aplicação do método de Theis conforme Metcalf e Eddy, 2007<br />

48-24




48.11 Aeroporto Internacional de Guarulhos<br />

Nota: os dados foram extraídos da tese de doutoramento do geólogo dr. Hélio Nóbile Diniz<br />

elaborada em 1996 cujo titulo é: “Estudo potencial hidrogeológico da bacia hidrográfica do rio<br />

Baquirivu- Guaçu, municípios de Guarulhos e Arujá”.<br />

Diniz, 1996 aconselhou que se fizesse a recarga no Aeroporto Internacional de Guarulhos<br />

através de poços de injeção (poços tubulares profundos) captando águas pluviais. Sugeriu que<br />

captasse as águas pluviais que caem nas pistas que possuem 1km de largura por 4km de comprimento<br />

e como o excedente hídrico anual é de 550mm teríamos:<br />

550mm x 1km x 4km= 2.200.000m 3 /ano<br />

Precipitação média anual= 1400mm<br />

Evapotranspiração= 850mm/ano<br />

Excedente hídrico = 1400mm- 850mm= 550mm<br />

Consumo médio anual do Aeroporto= 2700m 3 /dia x 365 dias= 985.500m 3 /ano < 2.200.000m 3 /ano<br />

Até o presente momento não há nenhum sistema de injeção em poços tubulares profundos ou<br />

reservatórios de infiltração no Aeroporto Internacional de Guarulhos.<br />

A influência sobre a recarga depende da precipitação local, da evapotranspiração, do tipo de<br />

solo e da cobertura vegetal existente. Quando cresce a impermeabilização há diminuição natural da<br />

infiltração das águas pluviais no solo e é necessária a recarga artificial.<br />

Há uma grande dificuldade em se determinar a forma que deve ser feita a recarga no Brasil,<br />

pois desconhecemos pesquisas sobre o assunto.<br />

A recarga artificial de aqüíferos está documentada nos Estados Unidos desde o século 19<br />

quando começou o stress do suprimento das águas subterrâneas. Duas forças básicas induziram a<br />

recarga artificial, o crescimento da população e novas técnicas de inundação para se fazer a<br />

infiltração.<br />

Nos ano de 1950 começou a prática na Califórnia de recarga devido a intrusão salina na área<br />

costeira.<br />

A recarga dos aqüíferos numa bacia hidrográfica deve-se a:<br />

• Infiltração direta das chuvas;<br />

• Contribuição do rio e seus afluentes.<br />

48-25




48.12 Recarga artificial de aqüíferos com águas pluviais na área metropolitana do Recife<br />

No simpósio brasileiro de captação e manejo de águas de chuva realizado no período de 11 a<br />

14 de julho de 2005 na cidade de Teresina foi apresentado por Suzana Gico Montenegro, Abelardo<br />

Montenegro, Giancarlo Cavalcanti e Albert Einstein Spindola de Moura em trabalho sobre “Recarga<br />

artificial de aqüíferos com águas pluviais em meio urbano como alternativa para recuperação dos<br />

níveis potenciométricos: estudo de caso na planície do Recife (PE)”.<br />

A precipitação média anual é de 2.200mm. Foi captada águas de chuvas de telhado e área livre<br />

de uma área total de 2.270m 2 . Antes das águas serem encaminhadas ao reservatório de 100m 3 foram<br />

recolhidas os sólidos suspensos por um sistema de filtragem para deter o material granular carregado<br />

pela chuva.<br />

Os ensaios duraram de novembro de 2003 a novembro de 2004. A injeção da água de chuva<br />

teve duração de 3h e foi feita durante o período de chuvas. As vazões máximas de recarga foram de<br />

2m 3 /h até 5,7m 3 /h.<br />

48-26




48.13 Legislação Paulista<br />

Primeiramente conforme Decreto 32.955/91 do Estado de São Paulo no seu artigo 6º X<br />

define o que é recarga artificial como sendo operação com finalidade de introduzir água num<br />

aqüífero.<br />

O artigo 43 estabelece que “A recarga artificial dependerá de autorização do DAEE,<br />

condicionado à realização de estudos que comprovem a sua conveniência técnica, econômica e<br />

sanitária e a preservação da qualidade das águas subterrâneas”.<br />

A Figura (48.18) mostra o ciclo hidrológico natural. A recarga natural provem normalmente<br />

das precipitações. As precipitações quando no solo, uma parte fica interceptada nas folhas e paredes,<br />

outra parte se escoa superficialmente e outra parte se infiltra no solo e começa a percolação. As<br />

plantas utilizam uma parte desta água e restante vai passando pela zona aerada do aqüífero livre e<br />

chega até a zona não aerada onde está o lençol freático. Este é o caminho que a água faz até fazer a<br />

recarga que estamos tratando.<br />

A recarga é o processo de infiltração que conduz a água até o lençol freático, isto é, a zona<br />

saturada. De maneira grosseira a recarga é a introdução de água no reservatório de água subterrânea.<br />

Figura 48.19-Ciclo hidrológico<br />


48-27




48.14 Volume de recarga artificial<br />

Em 1996 nos estados de Maryland e Massachusetts foi feito por Horsley a primeira sugestão<br />

de como proceder ao dimensionamento do volume de água necessário para recarga dos aqüíferos.<br />

Depois passou para o estado de Vermont e outros e sendo cada vez mais aperfeiçoado chegando em<br />

2004 ao melhor aperfeiçoamento de New Jersey.<br />

A grande vantagem que achamos em adotar um método semelhante ao de Horsley é a<br />

simplicidade de aplicação, pois sabemos que se o método for muito complicado, provavelmente não<br />

vai ser aplicado.<br />

É importante que os cálculos da recarga de aqüíferos subterrâneos sejam de certa forma,<br />

consistente com a metodologia do cálculo do volume para melhoria da qualidade das águas pluviais<br />

WQv.<br />

O método de Horsley utiliza dos grupos de solo do SCS para os estudos de recarga dos<br />

aqüíferos subterrâneos. Entretanto os estudos originais do SCS para os grupos de solos não foram<br />

feitos para a infiltração no solo e sim para a estimativa do escoamento superficial (runoff).<br />

Esta observação é muito interessante, pois os livros sobre solos não utilizam os 4 grupos de<br />

solo do SCS. Assim o livro Solo, planta e atmosfera que trata dos conceitos, processos e aplicações<br />

de Klaus Reichardt e Luiz Carlos Timm não trazem nada sobre os quatro tipos de solo para<br />

infiltração. Entretanto outros livros como Delleur, 1999 mostra que a infiltração pode ser calculada<br />

usando o método da curva CN do SCS.<br />

Mesmo assim utilizaremos os 4 grupos de solos do SCS que facilitará o aprendizado sobre o<br />

assunto. A fim de melhor suporte ao uso dos quatro grupos de solo do SCS vamos nos basear em<br />

McCuen, 1998 que informa que o método do número da curva CN é empírico e está baseado em<br />

três fatores.<br />

1. Classificação do solo conforme Tabela (48.6)<br />

2. Mapas fornecidos pelos municípios e condados nos Estados Unidos<br />

3. Mínima taxa de infiltração conforme conforme Tabela (48.4) coluna 1 e 2.<br />

Observemos que McCuen, 1998 utiliza o número da curva CN para escoamento superficial<br />

(runoff) e a mínima taxa de infiltração é para classificar os tipos de solo em A,B,C e D.<br />


Calcular o fator de recarga F para a cidade de Campos do Jordão no Estado de São Paulo, onde foi<br />

aplicado durante 10 anos o Método de Meyboom, 1961 aos dados fluviométricos do rio Sapucaí-<br />

Guaçu e obtido R=471mm/ano. A precipitação média Pm=1771mm.<br />

F= R/ Pm<br />

F= 471/ (1771x0,90) =0,30 para solo tipo A<br />

Nota: o solo tipo A foi classificado conforme a infiltração mínima na região foi de 36mm/h<br />

conforme Tabela (48.4). Multiplicamos a precipitação por 0,90 para compatibilização com a teoria de<br />

Schueler de WQv.<br />

Hipótese<br />

Como não temos a média das recargas nos solos tipos A,B,C e D para a precipitação media<br />

anual de 1500mm, vamos fazer a hipótese que para o solo do Grupo A do SCS o valor de F seja igual<br />

a 0,30.<br />

Os outros valores de F para outros tipos de solo, serão obtidos proporcionalmente a<br />

capacidade mínima de infiltração dos grupos de solos conforme McCuen, 1998 que está na Tabela<br />


Tomando-se então como base o grupo de solo tipo A como 0,30, impomos o valor F=0,30,<br />

para o solo do grupo tipo B o valor F=0,20 e para o solo do grupo C o valor F=0,10. e para o grupo D<br />

F=0,03.<br />

48-28




Assim multiplicando a precipitação média anual de 1500mm pelos fatores F de cada grupo de<br />

solo teremos aproximadamente os valores 450mm de recarga para o grupo de solo tipo A, 300mm<br />

para o tipo B, 150mm para o tipo C e 45mm para o tipo D conforme podemos ver nas Tabelas (48.4)<br />

e (48.5).<br />

Considerando o first flush P=25mm, a recarga será Re será:<br />

Re= (25mm x R)/(0,9 x Pm)<br />


25mm= first flush =P<br />

R= recarga anual conforme o tipo de solo (mm)<br />

0,9= precipitação que produz runoff<br />

Pm= precipitação média anual (mm)= 1500mm<br />

Re= recarga para P=25mm (first flush)<br />

Solo tipo A<br />

Recarga anual R=450mm e teremos:<br />

Solo tipo B<br />

Recarga anual R=300m e teremos:<br />


Re= (25mm x 450mm)/(0,9 x 1500mm)=8,33mm<br />



Solo tipo C<br />




Solo tipo D<br />


Grupo<br />

de solo<br />

SCS<br />



Tabela 48.4- Capacidade mínima de infiltração conforme o grupo do solo<br />

Capacidade mínima<br />

Base Fator Recarga p/ Recarga p/<br />

de infiltração Max. grupo B F 1500mm/ano 1500mm/ano<br />

(mm/h) (mm/h)<br />

Com base R<br />

R<br />

Grupo B (mm) (mm)<br />

Coluna 1 Coluna 2 Coluna 3 Coluna 4 Coluna 5 Coluna 6 Coluna 7<br />

A 7,62 a 11,43 11,43 1,00 0,30 450 8,33<br />

B 3,81 a 7,62 7,62 0,67 0,20 300 5,56<br />

C 1,27 a 3,81 3,81 0,33 0,10 150 2,80<br />

D 0 a 1,27 1,27 0,11 0,03 45 0,83<br />

Fonte: (McCuen,1998 conforme coluna 1 a 3)<br />

48-29




Tabela 48.5- Capacidade mínima de infiltração conforme o grupo do solo para<br />

precipitação média anual de 1500mm<br />

Recarga p/ Recarga<br />

1500mm/ano para Fator F<br />

R P=25mm<br />

F= Re/P<br />

(mm) Re<br />

Grupo de solo<br />

conforme<br />

SCS<br />

A 450 8,33 0,30<br />

B 300 5,56 0,20<br />

C 150 2,80 0,10<br />

D 45 0,83 0,03<br />

48.15 Método do volume para recarga<br />

O método do volume para recarga é destinado a BMP estrutural como reservatório de<br />

infiltração, trincheira de infiltração e poços secos (drywells).<br />

Podemos então calcular o volume de recarga Re baseado na fração do volume WQv e que<br />

será:<br />

Rev= F x WQv<br />

Rev= volume de água necessário para recarga em volume (m 3 )<br />

F= fator específico de recarga para o tipo do grupo do solo (adimensional)<br />

Como Rev é uma fração de WQv chama-se as vezes de método do percentual de volume para<br />

recarga.<br />

Relembremos que o volume WQv é obtido com o first flush P, que corresponde a 90% das<br />

precipitações que produzem runoff.<br />

Volume WQv<br />

Calcula-se primeiro o coeficiente volumétrico Rv em função da área impermeável em<br />

porcentagem. Depois se calcular o volume para melhoria da qualidade das águas pluviais WQv e<br />

finalmente o volume de recarga que é obtido multiplicando WQv pelo fator de recarga.<br />

Rv= 0,05+0,009 x AI<br />

WQv= (P/1000) x Rv x A<br />

P= first flush (mm)= 25mm para RMSP.<br />

AI= área impermeabilizada (%)<br />


A= área da bacia (m 2 )<br />

Recordemos que a determinação do tipo de solo do SCS pode ser feito através de testes de<br />

infiltração e usando a Tabela (48.6) conforme Tomaz, 2002.<br />

48-30




Grupo de<br />

solo<br />


B<br />


D<br />

Tabela 48.6- Grupo de solos do SCS<br />

Características do solo<br />

solos arenosos com baixo teor de argila total, inferior a 8%, não havendo rocha nem camadas argilosas e nem<br />

mesmo densificadas até a profundidade de 1,5m. O teor de húmus é muito baixo, não atingindo 1% (Porto,<br />

1979 e 1995).<br />

Solos que produzem baixo escoamento superficial e alta infiltração. Solos arenosos profundos com pouco<br />

silte e argila (Tucci et al, 1993).<br />

solos arenosos menos profundos que os do Grupo A e com menor teor de argila total, porém ainda inferior a<br />

15%. No caso de terras roxas, esse limite pode subir a 20% graças à maior porosidade. Os dois teores de<br />

húmus podem subir, respectivamente, a 1,2 e 1,5%. Não pode haver pedras e nem camadas argilosas até<br />

1,5m, mas é, quase sempre, presente camada mais densificada que a camada superficial (Porto, 1979 e 1995)<br />

Solos menos permeáveis do que o anterior, solos arenosos menos profundo do que o tipo A e com<br />

permeabilidade superior à média (Tucci et al, 1993).<br />

solos barrentos com teor total de argila de 20% a 30%, mas sem camadas argilosas impermeáveis ou<br />

contendo pedras até profundidade de 1,2m. No caso de terras roxas, esses dois limites máximos podem ser de<br />

40% e 1,5m. Nota-se a cerca de 60cm de profundidade, camada mais densificada que no Grupo B, mas ainda<br />

longe das condições de impermeabilidade (Porto, 1979 e 1995).<br />

Solos que geram escoamento superficial acima da média e com capacidade de infiltração abaixo da média,<br />

contendo percentagem considerável de argila e pouco profundo (Tucci et al, 1993).<br />

solos argilosos (30% a 40% de argila total) e ainda com camada densificada a uns 50cm de profundidade. Ou<br />

solos arenosos como do grupo B, mas com camada argilosa quase impermeável ou horizonte de seixos<br />

rolados (Porto, 1979 e 1995).<br />

Solos contendo argilas expansivas e pouco profundos com muito baixa capacidade de infiltração, gerando a<br />

maior proporção de escoamento superficial (Tucci et al, 1993).<br />

Fonte: Porto, Setzer 1979 ; Porto, 1995 e Tucci, 1993.<br />

48.16 Método da área para recarga<br />

O método da área para recarga é destinado as BMP não estruturais, como faixa de filtro<br />

gramada e canal gramado, infiltração da água da chuva de telhado em trincheira e infiltração da água<br />

em estacionamentos em reservatório. A área Rea é dada em metros quadrados e temos que ver as<br />

BMPs não estruturais e suas áreas.<br />

Rea= F x A x Rv<br />

Rea= F x Ai<br />


Rea= área necessária para a recarga (m 2 )<br />

F= fator de recarga (adimensional)<br />

A= área da bacia (m 2 )<br />


Ai= Rv x A= área impermeável<br />

Como temos uma fração da área A, muitas vezes o método é chamado método percentual da<br />

área para recarga.<br />

Nota: podemos fazer uma combinação dos métodos, determinando uma parte para o volume<br />

percentual e outra para a área percentual. Observemos ainda caso tenhamos dois tipos de<br />

grupo de solos, podemos fazer uma composição dos mesmos.<br />

As práticas estruturais mais usadas para recargas são:<br />

‣ Infiltração<br />

‣ Trincheira de infiltração (áreas menores que 4ha)<br />

48-31




As práticas não estruturais mais usadas em recargas são:<br />

‣ Faixa de filtro gramado (filter strip menores que 2ha)<br />

‣ Canal gramado<br />

‣ Infiltração da água de chuva no telhado em trincheira de infiltração<br />

‣ Infiltração de água em estacionamento de veículos com reservatório.<br />

É importante salientar que para a recarga, as lagoas e wetlands não fazem nenhum efeito, pois,<br />

rapidamente deixam de infiltrar.<br />

Fica esclarecido que segundo Maryland, 2000 se o terreno é um hotspot, isto é, um ponto<br />

potencial de contaminação como um posto de gasolina, por exemplo, não poderá ser feita a recarga<br />

do aqüífero.<br />


Dimensionar a recarga necessária em uma bacia de 6ha com área impermeável Ai=60%, first flush<br />

P=25mm e grupo de solo tipo B.<br />

Coeficiente volumétrico Rv<br />

Rv=0,05+0,009 x AI= 0,05+0,009 X 60=0,50<br />

Volume para melhoria da qualidade das águas pluviais<br />

WQv= (P/1000) x Rv x A= (25/1000) x 0,50 x 6ha x 10.000m 2 =750m 3<br />

Método do volume percentual para recarga<br />

Para grupo de solo tipo B conforme Tabela (48.6) temos F=0,20<br />

Rev= F x WQv<br />

Rev= 0,20 x 750=150m 3<br />

Portanto, deveremos infiltrar 150 m 3 através de BMP estrutural como reservatório de<br />

infiltração ou trincheira de infiltração.<br />


At= Vw/ (n x dt + f x T)<br />

dmax= f. Ts/n<br />


At= área da superfície da trincheira (m 2 )<br />

Vw= volume que entra na trincheira (m 3 )<br />

n= porosidade das pedras britadas sendo geralmente n=0,40,<br />

dt= profundidade máxima admitida (m)<br />

dmax=profundidade máxima (m)<br />

Ts=tempo de esvaziamento (h)= 48h<br />

f= taxa final de infiltração (mm/h)= 13mm/h<br />

T= tempo para enchimento da trincheira que geralmente é menor ou igual a 2h.<br />

dmax= f. Ts/n<br />

dmax= 13x 48/0,40=1560mm Adoto dt=1,50m<br />

At= Vw/ (n x dt + f x T)<br />

At= 150/ [0,50 x 1,5 + (13/1000) x 2h]=193m 2<br />

Adotando largura de 2,00m temos:<br />

Comprimento= 193m 2 / 2,00= 97m<br />

Portanto, a trincheira de infiltração terá 97m de comprimento, sendo 1,50m de profundidade e<br />

2,00m de largura.<br />

48-32





Optando por reservatório de infiltração teremos:<br />

As= SF x WQv/ (T x K)<br />

d= WQv/ As<br />


As= área da superfície (m 2 )<br />

WQv= volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m 3 )<br />

T= tempo para infiltração= 48h<br />

d=profundidade da reservatório (m)<br />

SF= fator de segurança=2<br />

Precisaríamos infiltrar somente 150m 3 , mas vamos infiltrar todo o volume WQv=750m 3 .<br />

As= SF x WQv/ (T x K)<br />

As= 2 x 750/ (48 x 36/1000)=868m 2<br />

d= WQv/ As<br />

d= 750/ 868=0,86m<br />

Considerando comprimento/largura na proporção de 3: 1 temos:<br />

3WxW=868<br />

W=17,00m<br />

L=3W=3x17,00=51,00m<br />

Portando, o reservatório de infiltração terá 17,00m de largura por 51,00m de<br />

comprimento e atenderá toda a necessidade de recarga<br />

Método da área para recarga<br />

Rea= F x A x Rv<br />

Rea= 0,20 x 6ha x 10.000m 2 x 0,59=7.080m 2<br />

Caso optemos somente por medidas não estruturais, precisaríamos de 7.080m 2 de área de faixa<br />

de filtro gramado ou e vala gramada. Podemos fazer combinações estruturais e não estruturais.<br />

48.19 Outorga para recarga artificial de aqüíferos<br />

Conforme informações do Tecnólogo em Obras Hidráulicas Elcio Linhares Silveira,<br />

funcionário do DAEE (Departamento de Água e Energia Elétrica) do Estado de São Paulo, as águas<br />

subterrâneas no Estado de São Paulo deverão atender a Lei 6134 de 2 de junho de 1988 e o Decreto<br />

32.955 de 7 de fevereiro de 1991.<br />

No Decreto 32.955 artigo 43- A recarga artificial dependerá de autorização do DAEE,<br />

condicionada à realização de estudos que comprovem a sua conveniência técnica, econômica e<br />

sanitária e a preservação da qualidade das águas subterrâneas.<br />

Comenta ainda Elcio, que se a recarga artificial dos aqüíferos subterrâneos necessita de<br />

autorização do DAEE, o instrumento legal da autorização é a outorga.<br />

Mas para atender a Lei 6134 e o Decreto 32.955 no tocante a qualidade da água está<br />

condicionada e as disposições preliminares, ou seja: fica proibida qualquer alteração das<br />

propriedades físicas, químicas e biológicas das águas subterrâneas.<br />

Isto tudo significa que no Estado de São Paulo nas condições legais existentes tornam<br />

impossível a recarga de aqüíferos subterrâneos, pois a qualidade da água a ser usada na recarga<br />

deverá ser a mesma daquela existente no aqüífero subterrâneo.<br />

A legislação deverá obviamente ser mudada.<br />

48-33




48.20 Método da análise da Recessão<br />

Na Figura (48.18) podemos ver a recessão que tem inicio no pico no ponto D e vai descendo<br />

até o ponto C que geralmente é difícil de localizar com precisão.<br />

O método da análise da recessão é antigo e muito usado. Boussinesq o usou em 1877, Horton<br />

em 1933 e Boussinesq em 1904.<br />

Os métodos mais conhecidos são: Método de Meyboom, 1961 e de Robaugh.<br />

Explicaremos com mais detalhes o método da analise da recessão de Meyboom, 1961 que é<br />

muito usado para se achar a recarga dos aqüíferos subterrâneos..<br />

48.21 Método da Recessão Sazonal ou Método de Meyboom, 1961<br />

Um método simples e eficaz é o método de Meyboom, 1961 explicado por Fetter, 1994. Ele<br />

fornece a recarga das águas subterrâneas na bacia e por este motivo é muito usado.<br />

Utiliza basicamente dois anos consecutivos. Usa-se geralmente um gráfico mono-logaritmo<br />

com logaritmo no eixo y conforme Figura (48.19) e (48.20). Na prática utiliza-se no mínimo 10anos<br />

de período de análise de dados fluviométricos.<br />



48-34





Fonte: Domenico e Schwartz, 1998<br />

A recessão da vazão base está mostrada na Figura (48.18) e (48.19) em linhas pontilhadas.<br />

Parte-se da vazão de pico até a vazão de 0,1 x Qo e une-se a linha pontilhada..<br />

A distância entre o pico Qo e o limite 0,1Qo é o tempo t 1 .<br />

O volume potencial de água subterrânea é Vtp que é fornecida pela equação.<br />



Vtp= volume potencial da água subterrânea (m 3 )<br />

t 1 = tempo que leva a vazão base de Qo até 0,1Qo (meses)<br />

Qo= Vazão que inicia a vazão base (m 3 /s)<br />

Para o mês seguinte teremos que<br />

Depois que achamos Vtp vamos procurar o valor de Vt usando a seguinte equação:<br />



Vt= volume potencial da água subterrânea (m 3 ) na próxima recessão. Isto é obtido usando o valor t<br />

que é o tempo entre o fim da primeira recessão e o inicio da segunda.<br />

t= tempo entre o inicio da recessão e o fim mesmo e não o valor 0,1xQo.<br />

O valor da recarga será a diferença:<br />

Recarga= Vtp - Vt<br />

Supomos no caso que não há bombeamento para retirada de água ao longo do rio de água que<br />

não retornem para os rios.<br />

Tendo-se o volume de recarga anual médio e tendo a área da bacia podemos achar o valor da<br />

recarga em mm.<br />


O exemplo foi retirado do livro do Fetter, 1994 e conforme Figura (48.18)<br />

Calcular a recarga entre duas recessões consecutivas usando o Método de Meybom, 1961.<br />

Na primeira recessão temos o valor Qo=760m 3 /s que leva 6,3 meses para chegar até 0,1 x Qo.<br />

Vtp= Qo x t1 / 2,3<br />

Vtp= 760 x 6,3meses x 30diasx 1440min x 60s / 2,3= 5,4 x 10 8 m 3<br />

O valor Vt na próxima recessão dura 7,5 meses, isto é, t=7,5meses<br />


Vt= 5,4 x 10 9 m 3 / 10 (7,5/6,3) =3,5 x 10 8 m 3<br />

Para o próximo ano a vazão será Qo=1000m 3 /s e teremos:<br />

Vtp= 1000m 3 /s x 6,3meses x 30diasx1440min/diax 60s/ 2,3= 7,1 x 10 9 m 3<br />

A recarga será a diferença:<br />

48-35




Recarga= 7,1 x 10 9 m 3 - 3,5 x 10 8 m3= 6,8 x 109 m 3<br />

Evapotranspiração<br />

Uma outra aproximação que pode ser feita é obter a evapotranspiração usando os dados<br />

fluviométricos de uma bacia com a seguinte equação:<br />

Evapotranspiração= Precipitação – Volume da descarga do rio/ Área da bacia<br />


Seja uma área da bacia com 120km 2 e temos as vazões medias mensais em 21 anos.<br />

Calculamos o Volume da descarga do rio/ área da bacia= 960mm (não é somente a recarga)<br />

Supondo precipitação de 1771mm/ano teremos:<br />

Evapotranspiração= 1771mm- 960mm= 811mm/ano<br />

Lembrando que o volume da descarga do rio deverá ser dividido pelo número de anos de dados que<br />

temos.<br />

Não levamos em conta a retirada de água do rio e nem os lançamentos.<br />


Seja uma bacia com 120km 2 que apresenta o hidrograma de vazões médias mensais num determinado<br />

ponto conforme Figura (48.20)<br />

Hidrograma de vazões médias mensais<br />




1 3 5 7 9Meses 11 13 do ano 15 17 19 21 23<br />

Figura 48.22- Hidrograma de vazões medias mensais de dois anos consecutivos de um rio com<br />

bacia de 120km 2 em uma gráfico semi-logaritmo<br />

Tabela 48.7- Vazões médias mensais<br />

Ano Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez<br />

1981 8,06 5,02 5,11 3,76 3,08 3,01 2,68 2,03 1,73 2,41 4,14 4,6<br />

1982 6,76 5,69 7,21 5,23 4,24 3,86 3,1 2,67 2,14 2,62 2,39 4,43<br />

Olhando-se no gráfico achamos Qo=8,06m 3 /s<br />

48-36




t 1 =11meses<br />

t=7,6meses<br />


Vtp= 8,06 x 11meses x 30dias x 1440min/dia x60s/ 2,3=99.915.965m 3<br />


Vt= 99.915.965/ 10 (7,6/11) = 20.357.563m 3<br />

Para o próximo ano Q 0 = 6,5m 3 /s e teremos<br />

Vtp= 6,5 x 11 x 30 x 1440 x60/ 2,3= 80.577.391m 3<br />

Portanto, a recarga em dois anos consecutivos será:<br />

Recarga (m 3 )= 80.577.391 –20.357.563= 60.219.828m 3<br />

Como a área da bacia tem 120km 2 teremos:<br />

Recarga (mm)= 60.219.828m 3 x 1000 / (120km 2 x 100ha x 10000m 2 )= 502mm<br />

Assim se a recarga=502mm e se a precipitação média anual for de 1771mm teremos:<br />

Precipitação= evapotranspiração + recarga + escoamento superficial<br />

1771mm= 684mm (calculado) + 502mm +585mm (por diferença)<br />

O escoamento superficial é obtido por diferenças, pois temos a precipitação média anual e a<br />

evapotranspiração.<br />

Supondo que o aqüífero profundo seja rocha cristalina com fissuras então a recarga nos<br />

aqüíferos fissurais profundos será aproximadamente 3% da precipitação, ou seja, 53mm/ano.(Notar a<br />

não influência da recarga no aqüífero profundo)<br />

Salientamos que deverá ser utilizado no mínimo série de dados fluviométricos com 10anos de<br />

duração para se conseguir uma média.<br />


Calcular a recarga na região do rio Descoberto em Goiás.<br />

Tabela 48.8- Vazões médias mensais do rio Descoberto com área de 115km 2 ano 1978 a 2006<br />

ESTAÇÃO: DESCOBERTO CH.<br />


JANE<br />

ANO IRO<br />

FEVE<br />

REIR<br />

O<br />

MAR<br />

ÇO<br />

CÓDIGO: 60435000 ALTITUDE: 1034,89 m LATITUDE: 15º 42' 30"<br />

LONGITUDE: 48º 14' 05"<br />

ABRI MAIO JUNH JULH AGOS<br />

OUTU<br />

L<br />

O O TO<br />

BRO<br />

SETE<br />

MBR<br />


NOVE<br />



1978 2,190 1,800 1,510 1,330 1,580 1,390 2,690<br />

1979 7,220 6,470 4,440 3,540 2,660 2,390 2,300 1,830 1,620 1,370 2,170 2,130 3,180<br />

1980 5,520 8,360 4,090 4,130 3,030 2,520 2,190 1,830 1,790 1,520 2,480 3,750 3,430<br />

1981 4,230 2,970 4,330 4,190 3,010 2,620 2,300 1,770 1,530 2,930 4,860 3,730 3,210<br />

1982 6,190 4,500 4,990 4,040 3,090 2,440 1,890 1,980 1,100 1,460 1,550 2,110 2,940<br />

1983 5,910 8,250 5,760 4,400 2,940 2,450 2,160 1,760 1,540 2,080 3,600 3,970 3,740<br />

1984 3,000 2,970 2,990 3,310 2,170 1,700 1,280 0,967 0,968 1,110 0,860 1,210 1,880<br />

1985 4,410 3,300 3,060 3,110 2,100 1,590 1,330 1,040 0,852 1,310 1,460 2,800 2,200<br />

1986 4,140 3,230 2,610 2,080 1,730 1,260 0,989 0,868 0,655 0,816 0,830 3,250 1,870<br />

1987 2,490 1,710 3,040 2,090 1,580 1,090 0,835 0,670 0,675 0,811 2,320 2,670 1,670<br />

1988 1,960 2,350 4,000 2,800 1,880 1,580 1,300 1,090 0,881 1,320 1,790 2,890 1,990<br />

1989 2,620 2,460 2,530 2,070 1,750 1,440 1,160 1,060 1,040 1,530 2,190 7,200 2,250<br />

1990 4,400 3,770 3,050 2,550 2,220 1,680 1,670 1,250 1,390 1,300 1,490 1,510 2,190<br />

1991 2,540 2,950 4,120 3,520 2,310 1,930 1,570 1,280 1,160 1,140 1,550 2,440 2,210<br />

1992 3,190 5,380 3,230 3,880 2,490 2,200 1,810 1,480 1,410 1,710 2,190 5,660 2,890<br />

1993 2,870 3,460 2,820 3,310 2,520 1,890 1,430 1,340 1,050 1,070 1,100 3,100 2,160<br />

1994 5,300 4,440 7,740 4,800 3,400 2,760 2,220 1,750 1,320 1,380 1,960 2,900 3,330<br />

1995 3,140 2,920 3,570 3,590 2,860 2,040 1,240 0,832 0,650 0,666 1,230 2,550 2,110<br />

DEZE<br />



MÉDI<br />


ANUA<br />

L<br />

1996 1,820 1,410 1,860 1,670 1,230 0,894 0,671 0,566 0,505 0,720 1,780 1,330 1,200<br />

48-37




1997 3,670 1,980 3,350 3,340 2,260 1,720 1,180 0,806 0,812 0,679 0,891 1,220 1,830<br />

1998 1,820 1,580 2,010 1,290 0,937 0,730 0,523 0,337 0,187 0,298 1,590 1,830 1,090<br />

1999 1,780 1,440 3,040 1,810 1,480 1,170 0,897 0,535 0,347 0,722 2,070 3,350 1,550<br />

2000 4,170 3,620 3,880 2,730 1,810 1,340 1,070 0,752 1,070 0,767 3,250 3,550 2,330<br />

2001 3,120 2,620 3,470 2,260 1,550 1,120 0,826 0,632 0,589 0,799 2,600 3,520 1,930<br />

2002 4,220 4,320 2,880 2,280 1,630 1,280 1,040 0,774 0,802 0,577 0,914 1,180 1,820<br />

2003 2,760 2,790 2,920 2,930 1,780 1,260 0,839 0,563 0,460 0,391 1,010 0,970 1,250<br />

2004 4,300 7,190 5,260 5,250 2,760 2,090 1,670 1,260 0,807 0,919 1,160 2,630 2,941<br />

2005 3,780 4,290 5,480 3,370 2,500 1,910 1,520 1,160 0,837 0,622 1,780 2,620 2,489<br />

2006 2,200 2,560 3,030 3,640<br />

M.<br />

Históri<br />

ca<br />

3,670 3,689 3,698 3,142 2,210 1,760 1,418 1,132 0,978 1,128 1,859 2,813 2,284<br />

Fonte: Caesb<br />

Método de Meyboom, 1961<br />

Meses do ano<br />



1 5 9 131721252933374145495357<br />


Figura 48.23- Método de Meyboom, 1961 com escala logarítima na ordenada<br />

Método de Meyboom,.1961<br />

Vazões medias<br />

mensais (m3/s)<br />




1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56<br />

Meses do ano<br />

Figura 48.24- Método de Meyboom, 1961 com escala logarítima na ordenada<br />

Tabela 48.8- Cálculo da recarga média anual (mm) pelo Método de Meyboom, 1961<br />







Média=<br />


48-38




Tabela 48.9- Precipitações médias mensais no rio Descoberto<br />

ESTAÇÃO: BRAZLÂNDIA CÓDIGO: 01548007 ALTITUDE: 1098,00 m LATITUDE: 15º 41' 3" LONGITUDE: 48º 12' 27"<br />

ANO JANEIRO FEVEREIRO MARÇO ABRIL MAIO JUNHO JULHO AGOSTO SETEMBRO OUTUBRO NOVEMBRO DEZEMBRO TOTAL<br />

1971 a 2006 247,0 206,5 243,2 117,2 28,4 5,6 7,2 23,5 46,4 140,9 227,4 260,8 1560,9<br />

Conclusão: a recarga média anual da bacia do rio Descoberto com 115km 2 é em média<br />

de 363mm/ano. A precipitação média anual no rio Descoberto é de 1.560,9mm<br />

48.22 Fórmulas empíricas para a recarga média anual<br />

Possuímos a recarga de vários locais, sendo a mais comum a das chuvas, que é a recarga<br />

natural, mas existe a recarga de canal (infiltração), de irrigação e de reservatórios de infiltração.<br />

Na Índia Kumar e Seethpathi, 2002 fizeram uma fórmula empírica com 8% de precisão (para<br />

a região) que fornece a recarga das águas das chuvas.<br />

Rr= 0,63 ( P- 15,28) 0,76<br />


Rr= recarga do aqüífero subterrâneo devido somente a águas das chuvas (polegada)<br />

P=precipitação média da estação (polegada)<br />


Estimar a recarga devida as chuvas para local com 1560,9mm(61,5in).<br />

Rr= 0,63 (P- 15,28) 0,76<br />

Rr= 0,63 (61,5- 15,28) 0,76 = 11,60 in= 294mm<br />

Também na Índia em 1970 Krishna Rao elaborou as seguintes equações empíricas para P e Rr<br />

em milímetros:<br />

Rr= 0,20 x (P-400) para áreas com precipitações entre 400mm e 600mm<br />

Rr= 0,25 x (P-400) para áreas com precipitações entre 600mm e 1000mm<br />

Rr= 0,35 x (P-600) para áreas com precipitações maiores que 2000mm<br />


Rr= recarga devido as chuvas (mm)<br />

P= precipitação (mm)<br />

48-39





-CRITICAL AQUIFER RECHARGE AREAS (CARAS). Chapter 6: Critical aquifer recharge<br />

áreas. Executive report- Best avaliabre science, volume I, february, 2004.<br />

-DELLEUR, JACQUES W. The handbookd of groundwater engineering. 1999. ISBN 0-8493-2698-<br />


-FENNESSEY, LARRY. Hydrologic budgets for development scale áreas in Pennsylvania.<br />

-FENNESSEY, LAWRENCE A. J. et al. The NRCS curve number, a new look at an old tool.<br />

Villanova University, outubro de 2001.<br />

-McCUEN, RICHARD H. Hydrologic analysis and design. 2a ed. Prentice Hall, 1998<br />

-REICHARDT, KLAUS E TIMM, LUIZ CARLOS. Solo, planta e atmosfera- conceitos, processos e<br />

aplicações, 2004. Editora Manole.<br />

-ZANGAR, CARL N. Theory and problems of water percolation. United States Depatment of the<br />

Interior – Bureay of Reclamation. Denver, Colorado, abril de 1953, 87 páginas.<br />

48-40


Capítulo 10- Infiltração de água de chuva do telhado em trincheira<br />

Engenheiro Plínio Tomaz 15 de abril de 2009 pliniotomaz@uol.com.br<br />


Infiltração de água de chuva do telhado em<br />

trincheira<br />

Na África do Sul, o plantio de Eucalyptus grandis numa microbacia experimental com vegetação original de<br />

savana, resultou, aos 5 anos de idade, num aumento de aproximadamente 300mm/ano a mais no consumo<br />

de água.<br />

Fonte: ESALQ, Manejo de Bacias Hidrográficas, 2005, prof. Walter de Paula Lima.<br />

10-1








10.2 Critério de projeto<br />

10.3 Profundidade máxima admissível<br />

10.4 Área longitudinal da caixa de pedra<br />

10.5 Infiltração da água de drenagem do subsolo em trincheira de infiltração<br />

10.6 Duração da obra- longevidade<br />


10-2






Como as águas de chuva que caem em um telhado são relativamente limpas e não precisam de um<br />

pré-tratamento, as mesmas podem ser conduzidas a uma caixa de pedras onde serão armazenadas e<br />

infiltradas conforme Figura (10.1).<br />

Haverá overflow do volume excedente. Na prática pode ser instalado um dispositivo na coluna de<br />

descida de 100mm, por exemplo, que separa as folhas e demais sujeiras fazendo uma limpeza automática<br />

das águas pluviais antes de irem para a caixa de pedra.<br />

Devem receber somente a água de chuva provinda do telhado para não haver entupimentos e assim<br />

será baixo o risco de contaminação do lençol freático.<br />

Conforme informações de Lindsey et al (1992) in Ontário, 2003 foram monitorados 25 locais onde se<br />

fazia a infiltração das águas de chuva dos telhados em caixas de pedra nº 3 e 60% das mesmas estavam<br />

funcionando adequadamente.<br />

Na Inglaterra é muito usado a infiltração da água de chuva do telhado em trincheira que é chamado<br />

de soakways que deve ficar no mínimo a 5m de distância do prédio mais próximo e o fundo deve estar no<br />

mínimo a 1,00 acima do lençol freático. A pedra britada deverá o mínimo de vazio de 30% e para o cálculo da<br />

vazão de pico podemos usar período de retorno de 10anos ou 30anos. É importante salientar a necessidade<br />

do pré-tratamento para evitar entupimento. O esvaziamento deverá ser 24h e deverá ser previsto vazão de<br />

pico inclusive para Tr=100anos. Na prática usa-se somente para uma casa, mas pode-se fazer o soakway<br />

para varias casas.<br />

Figura 10.1- Esquema de infiltração das águas pluviais do telhado<br />

Fonte: CIRIA, 2007<br />

10.2 Critérios de projeto<br />

Adota-se o mesmo critério que é usado em trincheira de infiltração. O critério é infiltrar uma parte da<br />

água, como por exemplo, aquela correspondente ao volume para melhoria da qualidade das águas pluviais,<br />

denominado WQv que é dado pela Equação:<br />

WQv= (P/1000) x Rv x A<br />

Considerando para a Região Metropolitana de São Paulo o first flush P=25mm e sendo a área do<br />

telhado AI=100% achamos, o coeficiente volumétrico Rv.<br />

Rv= 0,05 + 0,009 x AI= 0,05 + 0,009 x 100=0,95<br />

WQv= (P/1000) x Rv x A= (25/1000) x 0,95 x A= 0,0238 x A<br />

10-3




Para área unitária: A=1m 2<br />

WQv= 0,0238m 3 /m 2 =24litros/m 2 Adotamos: 25litros/m 2<br />

A largura e o comprimento da caixa dependerá das condições locais, enquanto que a profundidade<br />

máxima deve ser de 1,5m, tolerando-se 2,0m em solos muito arenosos.<br />

O tubo perfurado para monitoramento a ser instalado na parte superior da caixa de pedra deverá estar<br />

de 75mm a 150mm acima do topo da caixa conforme Figura (10.2).<br />

As pedras deve ter diâmetro de aproximadamente 50mm (pedra nº 3) e deve haver bidim em torno<br />

da caixa para evitar que a mesma fique entupida com o material que está ao lado.<br />

Figura 10.2-Exemplo de poço de infiltração com águas pluviais vinda do telhado.<br />

Fonte: Estado de Vermont.<br />

O nível de água do lençol freático varia durante o ano e deve ser escolhido local onde a altura é maior<br />

que 1,00m para a pior situação.<br />

Caso haja rocha no subsolo a mesma deve estar no mínimo a 1,00m abaixo do fundo da caixa de<br />

pedra.<br />

A taxa de percolação do solo deve ser ≥ 7mm/h.<br />

10-4




F<br />

Figura 10.3- Infiltração com dispositivo para deter folhas, pequenas pedras, etc.<br />

Fonte: Alberta, 1997<br />

Figura 10.4- Esquema de infiltração da agua do telhado<br />


Calcular o volume necessário para construção de uma caixa de pedra britada nº 3 para infiltrar parte das<br />

águas pluviais provinda de um telhado com 500m 2 .<br />

Volume máximo= 25 L/m 2 x 500m 2 = 12.500litros=12,5m 3<br />

10-5




10.3 Profundidade máxima admissível<br />

O cálculo é semelhante a uma trincheira de infiltração.<br />

A profundidade máxima admissível depende da textura do solo em que está a trincheira e da<br />

porosidade do reservatório de pedras britadas é determinada pela Equação (10.1)<br />

d= f . Ts / n (Equação 10.1)<br />


d = profundidade máxima permissível (m). Geralmente d ≤1,50m. Para solo muito arenoso d=2,00m<br />


Ts=máximo tempo permitido (h). Varia de 24h ≤ Ts ≤ 48h. Normalmente adotado Ts=24h<br />

n=porosidade das pedras britadas.<br />


Escolher a profundidade de uma caixa para infiltração das águas pluviais do telhado que tem:<br />

n=0,40 f= 15mm/h Ts= 24h (normalmente adotado)<br />

d= f . Ts / n<br />

d= 15mm/h . 24h / 0,40 =900mm=0,90m<br />

10.4 Área longitudinal da caixa de pedra<br />

Usando os mesmos procedimentos da trincheira de infiltração achamos a área A t temos:<br />

A t = V / (n . d + f .T)<br />


V= volume que entra na caixa de pedra nº 3 (m 3 )<br />

A t = área da superfície da caixa de pedra (m 2 )<br />

f= taxa final de infiltração (mm/h)<br />

T= tempo para enchimento sendo em geral menor que 2h.<br />

d= profundidade da caixa (m)<br />

n=porosidade das pedras britadas.<br />


Para um telhado com 500m 2 e volume V=12,5m 3 calcular a caixa de pedra sendo f=15mm/h, d=0,90m<br />

T=2horas e n=0,40.<br />


A t = 12,5 / (0,40 . 0,90 + 15mm/h .2h/1000)= 32m 2<br />

Portanto, uma superfície com 4m x 8m= 32m 2 OK.<br />

Figura 10.5 Esquema da caixa de pedras para armazenamento e infiltração da águas pluviais no solo.<br />


10-6




10.5 Infiltração da água de drenagem do subsolo em trincheira de infiltração.<br />

As águas de drenagem de um edifício como geralmente são limpas podem ser encaminhadas a uma<br />

caixa de pedra para infiltração no solo, podendo ser usada bomba centrifuga para o bombeamento da mesma<br />


Figura 10.6 Esquema da caixa de pedras para armazenamento e infiltração das águas de drenagem do subsolo.<br />



Calcular a infiltração das águas do telhado em caixas de pedra britada nº 3 para uma casa com área de<br />

telhado de 100m 2 sendo f=20mm/h do solo nativo, porosidade efetiva n=0,40 e tempo de retenção Ts=24h<br />

A profundidade máxima da caixa de pedra “d”:<br />

d= f . Ts / n<br />

d= 20 . 24 / 0,40= 1200mm= 1,20m<br />

A área longitudinal da caixa de pedra será calculada da seguinte maneira.<br />

Considera-se somente a área do telhado:<br />

V= 25litros/m 2 x 100m 2 = 2.500litros= 2,5m 3<br />

T=2h<br />


A t = 2,5 / (0,40 x 1,20 + 20 .2/1000)= 2,5/0,52=4,8m 2<br />

Portanto, a caixa de pedra deverá ter 1,30m de largura por 4,00m de comprimento, isto é, 5,2m 2 por<br />

1,20m de profundidade.<br />

10-7




10.6 Duração da obra- longevidade<br />

As práticas de infiltração são as que possuem menor longevidade devido a entupimento. Ontário,<br />

2003 apresenta a Equação (10.3) para o cálculo da longevidade de uma obra em anos.<br />

Para aplicação do método supõe-se que foi deixado distância suficiente entre a rocha e o fundo da<br />

BMP ou distância entre o fundo da BMP e o lençol freático de no mínimo 1,00m.<br />

Considera-se que haja dispositivo de filtro das águas de chuva que caem no telhado.<br />

L= ( f x T ) 0,4 (Equação 10.3)<br />

L= longevidade em anos<br />

T= fator de longevidade conforme Tabela (10.1)<br />

f= permeabilidade (mm/h).<br />

Tabela 10.1- Estimativa da longevidade para BMP com infiltração<br />

BMP com infiltração<br />

Fator de longevidade<br />

(T)<br />

Infiltração das águas pluviais do telhado 60<br />

Bacia de infiltração 15<br />

Trincheira de infiltração 25<br />



Calcular a longevidade em anos da infiltração das águas pluviais do telhado em um caixa de pedra sendo f=<br />

20mm/h.<br />

Usando a Tabela (10.1) achamos T=60<br />

L= ( f x T ) 0,4<br />

L= ( 20mm/h x 60 ) 0,4<br />

L= 7anos OK.<br />


-CIRIA. The SUDS manual. London, 2007, CIRIA C697, ISBN 978-0-86017-697-8<br />

10-8


Capitulo 11- Bacia de infiltração com detenção<br />


Capitulo 11<br />

Bacia de infiltração com detenção<br />

• A matemática é a ciência do infinito, o seu objetivo é a compreensão simbólica do<br />

infinito por meios humanos, logo finitos.<br />

Fonte: Herman Weyl, in “A experiência matemática” de Hersh e Davis.<br />

Volume de água na Terra<br />

Water on<br />


Shallow<br />

groundwater<br />

Deep<br />

groundwater<br />



Lakes, soil<br />

moisture,<br />




Ocean<br />

Ice caps and<br />

11-1






Capítulo 11- Bacia de infiltração com detenção<br />


11.2 Volume para melhoria da Qualidade das Águas Pluviais (WQ v )<br />

11.3 Remoção de poluentes<br />

11.4 Parâmetros importantes em uma bacia de infiltração<br />

11.5 Pré-tratamento<br />

11.6 Método da máxima diferença do volume de runoff menos o volume infiltrado<br />


11-2




Capítulo 11- Bacia de infiltração com detenção<br />


Existe duas maneiras para se dimensionar uma bacia de infiltração, sendo uma delas aquela em que<br />

usa o volume para melhoria da qualidade das águas pluviais WQv que é adotado neste livro e outra que além<br />

da infiltração prevê-se uma detenção do pico de enchente, o que ocasiona naturalmente um volume bem<br />

maior que o WQv.<br />

11.2 Volume para melhoria da Qualidade das Águas Pluviais (WQ v )<br />

O critério de dimensionamento de um reservatório para melhoria de qualidade WQ v para controle da<br />

poluição difusa especifica o volume de tratamento necessário para remover uma parte significante da carga<br />

de poluição total existente no escoamento superficial das águas pluviais.<br />

Para aplicação do método de Schueler a obtenção de first flush é obtida da seguinte maneira: o valor de<br />

P é obtido com 90% das precipitações que produzem runoff.<br />

O valor do first flush P assim obtido fará uma redução de 80% dos Sólidos Totais em Suspensão (TSS)<br />

de bem como outros parâmetros dos poluentes.<br />

O volume obtido será dependente do first flush P e da área impermeável.<br />

SCHUELER, (1987) usou as Equações (11.1) e (11.2) para achar o volume WQv.<br />

R v = 0,05 + 0,009 . AI (Equação 11.1)<br />

WQ v = (P/1000) . R v . A (Equação 11.2)<br />


R v =coeficiente volumétrico que depende da área impermeável (AI).<br />

AI= área impermeável da bacia em percentagem sendo AI ≥ 25%;<br />

A= área da bacia em m 2 sendo A ≤ 100ha (1km 2 )<br />

P= precipitação adotada (mm) sendo P≥ 13mm. Adotamos P=25mm para a RMSP.<br />

WQ v = volume para melhoria da qualidade das águas pluviais (m 3 ).<br />

Valor de P<br />

Para a cidade de Mairiporã, São Paulo achamos para 90% das precipitações acima de 2mm (que<br />

produzem runoff), o valor P=25mm conforme Figura (11.1).<br />

Frequência das precipitações<br />

diárias (1958-1995) Mairiporã- RMSP<br />

Precipitaçao diaria que<br />

produz runoff (mm)<br />







0 20 40 60 80 100<br />

Porcentagem do runoff produzido pelas<br />

precipitações (%)<br />


Figura 11.1 - Freqüência das precipitações diárias que produzem runoff da cidade de Mairiporã, Estado de São Paulo.<br />

11-3




11.3 Remoção de poluentes<br />

Conforme FHWA, 2000 estima-se a eficiência da remoção de uma bacia de infiltração para captar 25mm<br />

de runoff conforme Tabela (11.1).<br />

Tabela 11.1 - Estimativa de remoção dos poluentes de uma bacia de infiltração em %<br />

TSS<br />

Sólidos totais em<br />

TP<br />


TN<br />

Nitrogênio total Metais<br />

DBO<br />

Demanda bioquímica de Bactéria<br />

suspensão<br />

oxigênio<br />

99% 65% a 75% 60% a 70% 95% a 99% 80% 90%<br />

Fonte: FHWA, 2000<br />

11.4 Parâmetros importantes em uma bacia de infiltração<br />

Conforme pesquisas elaboradas pela Universidade de Massachusetts, sob coordenação do prof.Dr. Eric<br />

Winkler em abril de 2001, onde foram examinados os parâmetros hidráulicos importantes em uma bacia de<br />

infiltração, chegaram as seguintes conclusões:<br />

1. Declividade do lençol freático;<br />

2. Geometria da bacia de infiltração: as dimensões da bacia de infiltração possuem pouca influência na sua<br />

performance. Não esquecendo que deve ser levado em consideração as vazões de picos obtidas pelo Método<br />

Racional para Tr= 2 anos e Tr= 10 anos;<br />

3. Anisotropia e heterogeneidade da zona não saturada e zona saturada devido a condutividade vertical e<br />

horizontal. A condutividade horizontal é de maneira geral 10 vezes maior que a condutividade vertical. Na<br />

prática considera-se a condutividade vertical = condutividade horizontal;<br />

4. Porosidade específica do solo;<br />

5. Espessura da zona não saturada;<br />

6. Espessura da zona saturada. Após espessura de 1,80m a 2,40m, os resultados são praticamente os<br />

mesmos;<br />

7. Armazenamento: o armazenamento é muito pequeno e em geral não é levado em consideração;<br />

Características da precipitação local.<br />

Na Figura (11.2) temos um modelo conceitual da bacia de infiltração.<br />

Figura 11.2- Modelo conceitual de bacia de infiltração.<br />

Fonte: Universidade da Califórnia, 2001<br />

11-4




11.5 Pré-tratamento<br />

O pré-tratamento é destinado a remover lixo, detritos e sedimentos com diâmetros maiores que 10μm ou<br />

maiores que 40µm ou de outro diâmetro de partícula que possam causar problemas nos tratamentos para a<br />

melhoria da qualidade das águas pluviais.<br />

A importância do pré-tratamento em bacias de detenção alagadas, alagadiços (wetlands), filtros de areia,<br />

trincheiras de infiltração e outras BMPs para a melhoria da qualidade das águas pluviais é fundamental.<br />

O pré-tratamento é uma bacia de sedimentação e podem ser temporárias ou fixas.<br />

Bacia de sedimentação temporária e permanente<br />

A bacia de sedimentação temporária é feita geralmente em terrenos onde houve uma grande degradação<br />

da superfície do solo e é construída para um determinado tempo, ou seja, aproximadamente 18 meses e<br />

podem ser construída em áreas maiores que 2ha e menores que 30ha. Geralmente possui as mesmas<br />

exigências que as bacias de sedimentação fixa, isto é, o pré-tratamento.<br />

Para o tratamento de águas pluviais se utiliza do volume WQ v , este tratamento é composto praticamente<br />

de duas câmaras: pré-tratamento e tratamento propriamente dito. O volume total do pré-tratamento varia de<br />

0,1 WQ v a 0,25 WQ v que está incluso no volume do tratamento WQ v . Em filtro de areia o pré-tratamento pode<br />

chegar até 0,5 WQ v .<br />

A Figura (11.3) mostra um esquema do pré-tratamento observando-se a berma feita em gabiões.<br />

Figura 11.3 - Esquema do pré-tratamento<br />

Fonte: Canadá, 2001<br />

11.6 Método da máxima diferença do volume de runoff menos o volume infiltrado<br />

Chin, 2000 e Urbonas, 1996 apresentam método semelhante para dimensionamento de trincheira de<br />

infiltração e bacia de infiltração.<br />

O método recomendado por Sjoberg e Martensson, 1982 in Urbonas, 1993 conforme recomendação<br />

da Associação Sueca de Água e Esgotos sugere ainda que:<br />

-Volume produzido pelo runoff seja acrescido de 25% devido a aplicação do Método Racional e<br />

- Que seja considerado somente as paredes verticais da bacia de infiltração, pois, supõe-se que com o<br />

tempo, os sedimentos vão impossibilitar a infiltração (Adotaremos, entretanto, somente o fundo da bacia e<br />

não as paredes da mesma ).<br />

O método é baseado em que a bacia de infiltração detem um volume igual a diferença entre o volume<br />

do runoff e o volume de água infiltrado no solo durante a precipitação e temos que achar a máxima diferença<br />

e isto é feito por tentativas usando o Método Racional e a Equação de Darcy.<br />

V in = V armazenado + V out<br />

V armazenado = max (V in – V out )<br />

11-5





Método Racional<br />

Q in = CIA/360<br />

1,25= acréscimo da vazão de pico conforme o Método Suéco.<br />

Q in = 1,25x CIA/360<br />

Q in = vazão de pico (m 3 /s)<br />

V in = Q in x t<br />

A= área da bacia (ha)<br />

C= coeficiente de escoamento superficial (adimensional)<br />

I= intensidade de chuva (mm/h)<br />

I= 1747,9 . Tr 0,181 / ( t+15) 0,89 (mm/h) Equação de Paulo Sampaio Wilken da RMSP<br />

Tr= período de retorno sendo normalmente adotado Tr=2anos.<br />


Equação de Darcy<br />

A Figura (11.3) mostra o esquema de aplicação da Equação de Darcy. O valor de G=dt/d, observando<br />

que o menor valor é G=1, comumente adotado por Urbonas a favor da segurança.<br />

Q out = K.G. A.= K x 1 x At= K xAt<br />

Vout= Qout x t<br />


Q out = vazão infiltrada no fundo da bacia de infiltração (m 3 /s).<br />

H= profundidade (m)<br />


K=condutividade hidráulica (mm/h)<br />


At= área do fundo da lagoa de infiltração (m 2 ).<br />

V out = volume infiltrado no tempo t (m 3 ).<br />

Figura 11.3- Esquema de aplicação da Lei de Darcy.<br />

Fonte: Estado de New Jersey, 2004<br />

Volume armazenado= At x H.<br />

At= área do fundo da lagoa de infiltração (m 2 ).<br />

H= altura do nível de água (m)<br />


11-6




Num determinado tempo t temos:<br />

1,25C. I. A. t = At. H + K. At . t<br />

At .H = max (1,25C.I.A. t - K . At . t)<br />

Volume = max (V in – V out )<br />

Profundidade máxima admissível<br />

Mesmo aplicando o método da detenção de volume deve também satisfazer a relação:<br />

d max = f . Ts<br />


d max = profundidade máxima permissível (m). Geralmente 0,90≤ d max ≤ 2,40m<br />


Ts=máximo tempo permitido (h). Varia de 24h ≤ Ts ≤ 48h. Urbonas adota: 36h.<br />


Dimensionar uma bacia de infiltração in line com área de 3ha e AI=50% que além da melhoria do controle de<br />

qualidade das águas pluviais, sirva também para regularização da vazão de pico para período de retorno<br />

Tr=2anos.<br />


K=f= 28mm/h (já com coeficiente de segurança = 2)<br />

C=R v =0,05+0,0009 x AI= 0,55<br />

G=1 m/m (admitido)<br />

Usando o Método Racional para determinar o pico da vazão e a Equação de Darcy para a infiltração,<br />

calculamos a máxima diferença de volume, entre o volume que entra e o volume que sai, isto é, que infiltra.<br />

Achamos conforme Tabela (11.2) a (11.4) que a bacia com profundidade de 0,89m se enche em 5,5h<br />

e o escoamento final até esvaziar a contar do inicio da chuva é de 49h. O volume obtido foi de 2.667m 3 .<br />

Observando-se que se fosse querer somente a melhoria da qualidade das águas pluviais conforme<br />

volume WQ v com first flush de 25mm obteríamos para a mesma área o volume de 375m 3 .<br />

R v = 0,05 + 0,009 . AI<br />

R v = 0,05 + 0,009 .x 50= 0,50<br />

WQ v = (P/1000) . R v . A = (25/1000) x 0,50 x 3ha x 10.000m 2 = 375m 3<br />

O cálculo é feito por tentativas observando-se o seguinte:<br />

A profundidade máxima admissível d max = f. Ts sendo Ts= 36h. No caso d max =28mm/h x 36h=<br />

1008mm= 1,008m. Portanto, a altura de água deverá ser no máximo de 1,008m. A profundidade acha<br />

d=0,89m




Tabela 11.2- Cálculo adaptado do Método da Associação Sueca dos serviços de água e esgoto<br />

1 2 3 4 5 6<br />

Tempo de<br />

Período de<br />

Equação<br />

de Paulo S. Wilken, Área<br />

Runoff da área<br />

impermeável<br />

percolação<br />

retorno Intensidade de impermeável C=Rv=0,05+0,000.AI<br />

chuva<br />

(h) (min) (anos) (mm/h) (%) Adimensional<br />

0,50 30 2 173 50 0,5<br />

1,00 60 2 118 50 0,5<br />

1,50 90 2 87 50 0,5<br />

2,00 120 2 70 50 0,5<br />

2,50 150 2 58 50 0,5<br />

3,00 180 2 50 50 0,5<br />

3,50 210 2 44 50 0,5<br />

4,00 240 2 40 50 0,5<br />

4,50 270 2 36 50 0,5<br />

5,00 300 2 33 50 0,5<br />

5,50 330 2 30 50 0,5<br />

6,00 360 2 28 50 0,5<br />

6,50 390 2 26 50 0,5<br />

7,00 420 2 25 50 0,5<br />

7,50 450 2 23 50 0,5<br />

8,00 480 2 22 50 0,5<br />

Tabela 11.3- Cálculo adaptado do Método da Associação Sueca dos serviços de água e esgoto<br />

7 8 9 10 11 12<br />

Q=CIA/360 1,25Q K At G<br />

Área da bacia Vazão pico Condutividade<br />

Hidráulica<br />

Área do fundo da lagoa<br />

de infiltração<br />

Gradiente<br />

hidráulico<br />

(ha) (m 3 /s) (m 3 /s) (mm/h) (m 2 ) (m/m)<br />

3,0 0,72 0,90 28 3000 1<br />

3,0 0,49 0,61 28 3000 1<br />

3,0 0,36 0,46 28 3000 1<br />

3,0 0,29 0,36 28 3000 1<br />

3,0 0,24 0,30 28 3000 1<br />

3,0 0,21 0,26 28 3000 1<br />

3,0 0,18 0,23 28 3000 1<br />

3,0 0,17 0,21 28 3000 1<br />

3,0 0,15 0,19 28 3000 1<br />

3,0 0,14 0,17 28 3000 1<br />

3,0 0,13 0,16 28 3000 1<br />

3,0 0,12 0,15 28 3000 1<br />

3,0 0,11 0,14 28 3000 1<br />

3,0 0,10 0,13 28 3000 1<br />

3,0 0,10 0,12 28 3000 1<br />

3,0 0,09 0,11 28 3000 1<br />

11-8




Tabela 11.4- Cálculo adaptado do Método da Associação Sueca dos serviços de água e esgoto.<br />

13 14 15 16 17<br />

Vazão de infiltração<br />

Vout Vin max (Vin - Vout)<br />

Altura de água<br />

no solo<br />

Darcy<br />

percolação entra diferença<br />

entre 0,90 e<br />


Q= K x G x At<br />

(m 3 /s) (m 3 ) (m 3 ) (m 3 ) (m)<br />

0,02333 42 1620 1578 0,53<br />

0,02333 84 2213 2129 0,71<br />

0,02333 126 2460 2334 0,78<br />

0,02333 168 2623 2455 0,82<br />

0,02333 210 2742 2532 0,84<br />

0,02333 252 2836 2584 0,86<br />

0,02333 294 2913 2619 0,87<br />

0,02333 336 2978 2642 0,88<br />

0,02333 378 3035 2657 0,89<br />

0,02333 420 3084 2664 0,89<br />

0,02333 462 3129 2667 0,89<br />

0,02333 504 3169 2665 0,89<br />

0,02333 546 3206 2660 0,89<br />

0,02333 588 3240 2652 0,88<br />

0,02333 630 3271 2641 0,88<br />

0,02333 672 3301 2629 0,88<br />

11-9


Capitulo 12- Bibliografia e livros consultados<br />

Engenheiro Plínio Tomaz 3 de agosto de 2008 pliniotomaz@uol.com.br<br />



Bibliografia e livros consultados<br />

12.1





Capítulo 12- Bibliografia e livros consultados<br />

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