cap 10 - Geração de escoamento

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I N T R O D U Z I N D O H I D R O L O G I A 
Geração de escoamento 
 
azão é o volume de água que passa por uma determinada seção de um rio 
dividido por um intervalo de tempo. Assim, se o volume é dado em litros, e o 
tempo é medido em segundos, a vazão pode ser expressa em unidades de 
litros por segundo (l.s-1). No caso de vazão de rios, entretanto, é mais usual 
expressar a vazão em metros cúbicos por segundo (m3.s-1), sendo que 1 m3.s-1 
corresponde a 1000 l.s-1 (litros por segundo). 
A vazão de um rio é o resultado da interação entre a precipitação e a bacia, e depende 
das características da bacia que influenciam a infiltração, armazenamento e 
evapotranspiração. 
O escoamento em uma bacia é, normalmente, estudado em duas partes: geração de 
escoamento e propagação de escoamento. O escoamento tem origens diferentes 
dependendo se está ocorrendo um evento de chuva ou não. 
Durante as chuvas intensas, a maior parte da vazão que passa por um rio é a água da 
própria chuva que não consegue penetrar no solo e escoa 
imediatamente, atingindo os cursos d’água e aumentando a vazão. É 
desta forma que são formados os picos de vazão e as cheias ou 
enchentes. O escoamento rápido que ocorre em conseqüência direta 
das chuvas é chamado de escoamento superficial (figura 10.1). 
Nos períodos secos entre a ocorrência de eventos de chuva a vazão 
de um rio é mantida pelo esvaziamento lento da água armazenada na 
bacia, especialmente da água subterrânea. Assim, o escoamento lento que ocorre 
durante as estiagens pode ser chamado de escoamento subterrâneo, porque a maior 
parte da água está chegando ao rio via fluxo de água através do subsolo. 
 
Capítulo 
10 
V 
Escoamento superficial 
ocorre durante e 
imediatamente após a chuva. 
Escoamento subterrâneo é o 
que mantém a vazão dos rios 
durante as estiagens. 
 
 105 
 
Figura 10.1: Hidrograma de um rio como resposta a um evento de chuva: durante e imediatamente após a chuva predomina 
o escoamento superficial, enquanto durante a estiagem predomina o escoamento subterrâneo. 
 
Geração de escoamento durante a chuva 
No capítulo 7 é analisado o processo de infiltração de água da chuva no solo. 
Dependendo da intensidade da chuva, parte da água não consegue infiltrar no solo e 
começa a se acumular na superfície. Em determinadas condições a água começa a 
escoar sobre a superfície, formando pequenos córregos temporários ou escoando na 
forma de uma lâmina em superfícies mais lisas. O escoamento gerado desta forma é 
denominado escoamento superficial, e é importante porque gera os picos de vazão nos 
rios, como resposta aos eventos de chuva. 
A geração do escoamento é um dos temas mais complexos da hidrologia porque a 
variabilidade das características da bacia é muito grande, e porque a água pode tomar 
vários caminhos desde o momento em que atinge a superfície, na forma de chuva, até 
o momento em que chega ao curso d’água. 
Existem dois principais processos reconhecidos na formação do escoamento 
superficial: precipitação de intensidade superior à capacidade de infiltração; e 
precipitação sobre solos saturados. 
 
 106 
Se uma chuva com intensidade de 30 mm.h-1 atinge um solo cuja capacidade de 
infiltração é de 20 mm.h-1, uma parte da chuva (10 mm.h-1) se transforma em 
escoamento superficial. Este é o processo de geração de escoamento por excesso de 
chuva em relação à capacidade de infiltração, também conhecido como processo 
Hortoniano, porque foi primeiramente reconhecido por Horton (1934). 
O processo Hortoniano é importante em bacias urbanas, em áreas com solo 
modificado pela ação do homem, ou em chuvas muito intensas, mas é raramente visto 
em bacias naturais durante chuvas menos intensas, onde o escoamento superficial é 
quase que totalmente originado pela parcela da precipitação que atinge zonas de solo 
saturado. 
Solos saturados são normalmente encontrados próximos à rede de drenagem, onde o 
nível do lençol freático está mais próximo da superfície. 
Volume de escoamento: método SCS 
Um dos métodos mais simples e mais utilizados para estimar o volume de escoamento 
superficial resultante de um evento de chuva é o método desenvolvido pelo National 
Resources Conservatoin Center dos EUA (antigo Soil Conservation Service – SCS). 
De acordo com este método, a lâmina escoada durante uma chuva é dada por: 
( )
( )SIaP
IaPQ
+−
−
=
2
 quando IaP > e 0=Q quando IaP ≤ 
25425400 −=
CN
S 
onde Q é a lâmina escoada ou volume de escoamento dividido pela área da bacia (mm) 
também chamada “chuva efetiva”; P é a precipitação durante o evento (mm); S é um 
parâmetro que depende da capacidade de infiltração e armazenamento do solo 
(parâmetro adimensional CN – veja tabela 10.1); e Ia é uma estimativa das perdas 
iniciais de água, dado por Ia=S/5. 
 
 
 107 
Tabela 10.1: Valores aproximados do parâmetro CN para diferentes condições de 
cobertura vegetal, uso do solo e tipos de solos (A: solos arenosos e de alta capacidade 
de infiltração; B: solos de média capacidade de infiltração; C solos com baixa 
capacidade de infiltração; D solos com capacidade muito baixa de infiltração). 
Condição A B C D 
Florestas 41 63 74 80 
Campos 65 75 83 85 
Plantações 62 74 82 87 
Zonas comerciais 89 92 94 95 
Zonas industriais 81 88 91 93 
Zonas residenciais 77 85 90 92 
(adaptado de Tucci et al., 1993) 
 
EXEMP LO 
1) Qual é a lâmina escoada superficialmente durante um evento de chuva de 
precipitação total P = 70 mm numa bacia com solos do tipo B e com 
cobertura de florestas? 
A bacia tem solos do tipo B e está coberta por florestas. Conforme a tabela anterior o valor do 
parâmetro CN é 63 para esta combinação. A partir deste valor de CN obtém-se o valor de S: 
25425400 −=
CN
S = 149,2 mm 
A partir do valor de S obtém-se o valor de Ia: 
829
5
SIa ,== 
 Como P > Ia, o escoamento superficial é dado por: 
( )
( )SIaP
IaPQ
+−
−
=
2
 = 8,5 mm. 
Portanto, a chuva de 70 mm provoca um escoamento de 8,5 mm. 
 
O método do SCS também pode ser utilizado para calcular o escoamento superficial 
de uma bacia durante um evento de chuva complexo, em que existem informações de 
 
 108 
precipitação para vários intervalos de tempo. Esta alternativa é interessante quando se 
deseja saber, além do valor do escoamento total, como foi sua distribuição temporal. 
Para calcular o escoamento em diferentes intervalos de tempo, utilizando o método do 
SCS, deve se primeiramente calcular valores acumulados de chuva. A partir dos valores 
acumulados de chuva são calculados os valores acumulados de escoamento superficial, 
usando a mesma metodologia do exemplo anterior. Finalmente, a partir dos valores 
acumulados de escoamento superficial são calculados os valores incrementais de 
escoamento superficial. 
 
EXEMP LO 
2) Qual é a lâmina escoada superficialmente durante o evento de chuva dado na 
tabela abaixo numa bacia com solos com média capacidade de infiltração e 
cobertura de pastagens? 
 
Tempo (min) Precipitação (mm) 
10 5 
20 6 
30 14 
40 11 
 
A bacia tem solos de média capacidade de infiltração, o que corresponde ao tipo B. A cobertura vegetal 
é de pastagens. Conforme a tabela anterior o valor do parâmetro CN é 75 para esta combinação. A 
partir deste valor de CN obtém-se o valor de S: 
25425400 −=
CN
S = 84,7 mm 
A partir do valor de S obtém-se o valor de Ia = 16,9. 
A chuva de cada intervalo de tempo é somada à chuva total até o final do intervalo de tempo anterior, 
resultando na chuva acumulada, como mostra a tabela a seguir. 
Tempo (min) Precipitação (mm) Precipitação acumulada (mm) 
10 5 5 
20 6 11 
30 14 25 
40 11 36 
Para cada intervalo de tempo, pode se usar o método do SCS para calcular o escoamento total 
acumulado
até o final do intervalo de tempo. Enquanto a precipitação acumulada é inferior a Ia, o 
 
 109 
escoamento acumulado é zero. A partir do intervalo de tempo em que a precipitação acumulada supera 
o valor de Ia, o escoamento acumulado é calculado por 
( )
( )SIaP
IaPQ
+−
−
=
2
 
como mostra a tabela a seguir. 
Tempo (min) Precipitação (mm) Precipitação acumulada (mm) Escoamento acumulado (mm) 
10 5 5 0,0 
20 6 11 0,0 
30 14 25 0,7 
40 11 36 3,5 
Observa-se que o momento de máximo escoamento superficial ocorre entre os 30 e 40 minutos da 
duração da chuva. Nestes 10 minutos o escoamento é de 3,5 mm. É interessante observar que este não 
é o momento de máxima intensidade de precipitação. 
 
O método do SCS pode ser utilizado quando uma bacia não tem cobertura vegetal 
homogênea, ou quando existem dois ou mais tipos de solos na bacia. Neste caso, o 
valor do CN é calculado como uma média ponderada dos valores de CN. 
 
EXEMP LO 
3) Qual é o valor do coeficiente CN de uma bacia em que 30% da área é 
urbanizada e em que 70% é rural? Considere que os solos são extremamente 
argilosos e rasos. 
Solos rasos e muito argilosos normalmente tem capacidade de infiltração baixa ou muito baixa, por isso 
pode-se considerar que os solos são do tipo D, de acordo com a classificação do SCS. 
Na área rural não está especificado se são plantações (CN=87), campos (CN=85) ou florestas 
(CN=80). Considerando que a área rural é coberta por campos, adota-se o CN=85. 
Na área urbana não está especificado se são áreas industriais, comerciais ou residenciais, mas os valores 
de CN são sempre relativamente próximos de 93, por isso adotamos este valor. 
O CN médio da bacia pode ser obtido por 
CN = 0,3 . 93 + 0,7 . 85 = 87,4 
 
 
 110 
Exercícios 
1) Como se origina o escoamento superficial em uma bacia durante as chuvas? 
2) Em que parte de uma bacia hidrográfica ocorre preferencialmente a geração de 
escoamento superficial? 
3) O que é a chuva efetiva? 
4) Qual é a lâmina escoada superficialmente durante um evento de chuva de 
precipitação total P = 60 mm numa bacia com solos do tipo B e com 
cobertura de florestas? 
5) O que ocorreria com o escoamento no problema anterior caso as florestas 
fossem substituídas por plantações? 
6) Qual é a lâmina escoada superficialmente a cada intervalo de tempo durante o 
evento de chuva dado na tabela abaixo numa bacia rural com solos com alta 
capacidade de infiltração? Qual é o intervalo de tempo em que é gerado o 
máximo escoamento superficial? 
Tempo (min) Precipitação (mm) 
10 5 
20 16 
30 14 
40 11 
50 5 
 
7) Qual o incremento de escoamento total que ocorre se a bacia do exercício 
anterior for urbanizada? E qual o incremento no escoamento máximo?