Aula Prática – Hidrologia e Manejo de Bacias Hidrográficas

Roteiro de Aula Prática – Hidrologia e Manejo de Bacias Hidrográficas

A Aula Prática – Hidrologia e Manejo de Bacias Hidrográficas é uma atividade acadêmica prática do curso de Engenharia Civil, organizada conforme o roteiro de aula prática adotado pelas universidades Anhanguera e Unopar no ambiente virtual.

A atividade é registrada em formato de relatório, compondo o portfólio acadêmico exigido para a disciplina e seguindo a estrutura formal definida para a entrega da aula prática.

Aula prática Hidrologia e manejo de bacias hidrográficas
ROTEIRO DE AULA PRÁTICA

NOME DA DISCIPLINA: HIDROLOGIA E MANEJO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS
Unidade: U2_HIDROLOGIA_QUANTITATIVA
Aula: A3_MEDICOES_APLICADAS
OBJETIVOS
Definição dos objetivos da aula prática:
Nesta aula prática, o estudante irá aprender a realizar uma das medições mais importantes da
Hidrologia aplicada: a determinação da vazão de um curso d’água. Ao final da prática, espera-se
que o aluno seja capaz de:
• Determinar a velocidade média de escoamento da água utilizando o método do
flutuador.
• Calcular a área média da seção transversal de um rio ou canal.
• Obter a vazão média (Q) de um manancial através da relação entre velocidade e
área.
• Compreender a importância da medição de vazões em estudos de abastecimento,
drenagem, irrigação e gestão hídrica.
SOLUÇÃO DIGITAL:
MICROSOFT OFFICE (EXCEL E WORD)
O Microsoft Office é um conjunto de softwares de produtividade utilizado para organização,
tratamento e análise de dados. Nesta aula prática, o Excel será utilizado para realizar os cálculos
de velocidade média, área da seção transversal e vazão do manancial, enquanto o Word será
utilizado para a elaboração do relatório final da atividade prática.
PROCEDIMENTOS PRÁTICOS E APLICAÇÕES
Procedimento/Atividade no 1
Inserir o nome do experimento: MEDIÇÃO DE VAZÃO PELO MÉTODO DO FLUTUADOR
Atividade proposta: Nesta aula prática, você irá aprender a realizar uma das medições mais
importantes da Hidrologia aplicada: a determinação da vazão de um curso d’água.
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Procedimentos para a realização da atividade:
A vazão representa o volume de água que escoa em um rio ou canal ao longo do tempo, sendo
uma variável essencial em projetos de engenharia, como:
• Abastecimento público de água,
• Dimensionamento de canais e galerias de drenagem,
• Estudos de cheias e enchentes,
• Irrigação agrícola,
• Gestão de recursos hídricos.
De forma geral, a vazão pode ser definida como:
Q =
Volume
Tempo
No entanto, em medições de campo, é mais comum utilizar a relação entre a velocidade do
escoamento e a área da seção transversal do rio, dada por:
Q = A ⋅ V
Onde:
• Q = vazão média do manancial (m3/s)
• A = área transversal média da seção do rio (m2)
• V = velocidade média da água (m/s)
Ou seja, para determinar a vazão, é necessário conhecer:
1. A velocidade da água;
2. A área da seção transversal do curso d’água.
Nesta prática, utilizaremos o método do flutuador, que é uma técnica simples e bastante
utilizada quando não se dispõe de equipamentos sofisticados (como molinetes hidrométricos ou
ADCP).
O método consiste em:
• Lançar um objeto flutuante na superfície do rio,
• Medir o tempo que ele leva para percorrer uma distância conhecida,
• Calcular a velocidade média do escoamento.
A velocidade é obtida pela equação:
V =
L
t
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Onde:
• L = distância entre dois pontos do rio (m)
• t = tempo medido para o flutuador percorrer essa distância (s)
Como essa velocidade corresponde apenas à superfície (mais rápida que o interior do fluxo),
aplica-se uma correção padrão de segurança, reduzindo o valor em 20%:
Vcorrigida = 0,8 ⋅ V
Além da velocidade, também é necessário calcular a área transversal do rio.
A área é determinada multiplicando:
A = largura ⋅ profundidade média
Como o rio pode variar ao longo do trecho, a área será medida em duas seções:
• Seção X (início)
• Seção Y (fim)
Depois, calcula-se a média:
Ameˊdia =
AX + AY
2
Por fim, a vazão média do rio será obtida pela equação fundamental da Hidrologia Quantitativa:
Q = Ameˊdia ⋅ Vcorrigida
Para a realização desta aula prática, inicialmente deve-se selecionar um trecho adequado do
curso d’água onde será feita a medição da vazão. Esse trecho deve ser, preferencialmente, o
mais retilíneo possível, com escoamento uniforme e sem grandes obstáculos, de modo a garantir
maior confiabilidade nos resultados. Após a escolha do local, devem ser marcados dois pontos
ao longo do rio: o ponto inicial, denominado X, e o ponto final, denominado Y. A distância entre
esses dois pontos deve ser medida com auxílio de uma trena, sendo adotado, neste experimento,
o comprimento de 11 metros, conforme ilustrado na Figura 01.
Público5
Figura 01 – Trecho X–Y para medição de vazão pelo método do flutuador
Em seguida, deve-se escolher um objeto que possa flutuar e seja facilmente visualizado, como
uma boia de isopor. Esse flutuador será utilizado para estimar a velocidade da água na superfície.
O objeto deve ser posicionado no ponto X, aproximadamente no centro do canal, e então liberado
para que seja transportado pela correnteza. No exato momento em que o flutuador é solto, deve-
se iniciar a contagem do tempo com um cronômetro. O deslocamento do objeto deve ser
acompanhado até que ele alcance o ponto Y, momento em que o cronômetro deve ser
interrompido e o tempo registrado.
Esse procedimento deve ser repetido dez vezes, a fim de reduzir erros e aumentar a precisão da
medição. Os tempos obtidos em cada repetição devem ser anotados conforme apresentado na
Tabela 01.
Tabela 01 – Tempos medidos para o cálculo da velocidade média superficial
Medição Tempo – t (s) Distância – L (m) Velocidade (m/s)
1 42 11 —
2 41 11 —
3 36 11 —
4 40 11 —
5 39 11 —
6 42 11 —
7 41,5 11 —
8 40,6 11 —
9 39,8 11 —
10 42,1 11 —
Com os valores registrados, deve-se calcular a velocidade de escoamento correspondente a cada
medição, utilizando a relação entre a distância percorrida e o tempo medido:
V =
L
t
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Posteriormente, calcula-se a velocidade média das repetições. Como o método do flutuador
fornece uma velocidade superficial, é necessário aplicar um fator de correção, reduzindo esse
valor em 20%, conforme recomendado em medições hidrológicas simplificadas:
Vcorrigida = 0,8 ⋅ V
Após a determinação da velocidade, é necessário calcular a área da seção transversal do rio,
uma vez que a vazão depende diretamente do produto entre área e velocidade. Para isso, deve-
se medir a largura do rio nas seções X e Y, esticando-se a trena de uma margem à outra. Em
seguida, cada seção deve ser dividida em intervalos iguais ao longo da largura, e em cada
intervalo deve-se medir a profundidade da água com uma régua ou fita graduada, conforme
demonstrado na Figura 02.
Figura 02 – Método da profundidade média por intervalos para cálculo da seção transversal
As profundidades medidas em cada intervalo devem ser organizadas em tabela para posterior
cálculo da profundidade média. Os dados obtidos para as seções X e Y são apresentados na
Tabela 02.
Tabela 02 – Largura e profundidades medidas para cálculo da área das seções X e Y
Medidas (m) Seção X (m) Seção Y (m)
Largura entre as margens 2,44 3,1
Profundidade Intervalo A–B 0,305 0,335
Profundidade Intervalo B–C 0,244 0,305
Profundidade Intervalo C–D 0,1525 0,122
Profundidade Intervalo D–E 0 0,023
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Com base nesses valores, calcula-se a profundidade média de cada seção somando-se as
profundidades e dividindo-se pelo número de intervalos acrescido de um, considerando a
profundidade nula nas margens. Em seguida, determina-se a área transversal de cada seção
multiplicando a largura pela profundidade média:
A = largura ⋅ profundidade média
Como o canal pode apresentar variações entre os pontos X e Y, determina-se a área média do
trecho calculando-se a média aritmética entre as áreas das duas seções:
Ameˊdia =
AX + AY
2
Finalmente, com a velocidade média corrigida e a área transversal média determinadas, calcula-
se a vazão média do curso d’água por meio da equação fundamental da hidrologia quantitativa:
Q = Ameˊdia ⋅ Vcorrigida
Todos os resultados devem ser organizados em planilha eletrônica e posteriormente descritos no
relatório final da aula prática, que deverá conter a contextualização do método, os cálculos
realizados e uma análise conclusiva sobre a vazão estimada para o manancial estudado.
Avaliando os resultados:
Com base nos cálculos realizados, responda:
1. Qual foi a velocidade média superficial obtida a partir dos tempos medidos?
2. Qual foi a velocidade média corrigida após a redução de 20%?
3. Calcule a profundidade média das seções X e Y.
4. Determine as áreas transversais AX e AY.
5. Qual foi a área transversal média do trecho?
6. Qual foi a vazão média final estimada para o manancial?
7. Explique por que o método do flutuador exige correção da velocidade medida.
Checklist:
✓ Selecionar um trecho retilíneo do rio;
✓ Marcar os pontos X e Y e medir a distância;
✓ Lançar o flutuador e registrar os tempos (10 repetições);
✓ Calcular as velocidades individuais e a média;
✓ Aplicar o fator de correção de 20%;
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✓ Medir larguras e profundidades das seções;
✓ Calcular áreas transversais e área média;
✓ Calcular a vazão média do rio;
✓ Organizar os dados em planilha e salvar os resultados;
✓ Elaborar o relatório final da prática.
✓ Avaliar os resultados.
RESULTADOS
Resultados do experimento:
Ao final dessa aula prática, você deverá enviar um arquivo em word contendo as informações
obtidas no experimento, os cálculos realizados, em conjunto com um texto conclusivo a respeito
das informações obtidas. O arquivo não pode exceder o tamanho de 2Mb.
• Referências bibliográficas ABNT (quando houver).
Resultados de Aprendizagem:
Como resultados desta prática, será possível compreender e aplicar o método do flutuador para
estimativa de vazão em cursos d’água, calculando corretamente velocidade média, área
transversal e vazão. Além disso, o estudante desenvolverá habilidades essenciais em medições
hidrológicas aplicadas a projetos de engenharia e gestão de recursos hídricos.
Aula prática Hidrologia e manejo de bacias hidrográficas