O que é escoamento de base?
A vazão presente em um curso hídrico pode ser composta pela contribuição do escoamento superficial direto, este oriundo das chuvas, e pela parcela do escoamento de base, o qual é mantido pela água subterrânea dos aquíferos. A variação do escoamento de base de um rio é relativamente menor, comparada a variação proveniente do escoamento superficial direto, como os métodos de determinação de vazão apresentados nos textos anteriores: Racional, I PAI WU, Kokei Uehara, Racional Modificado e Hidrogram Unitário Sintético -SCS.
Por que determinar o escoamento de base?
Conhecer o comportamento do rio no período de estiagem é fundamental para uma boa gestão hídrica, visto que este é o período que apresenta o cenário ambiental mais crítico, além de ser um período onde o conflito pelo uso da água se agrava, pela própria escassez de recurso.
Exemplo prático
Determine a vazão composta pelo escoamento de base da série histórica da estação fluviométrica Porto Carriel n° 64767000.
Download da série histórica
Para fazer o download da série histórica do Porto Carriel, clique aqui.
Será necessário fazer o seguinte:
- Pesquisar no campo código da estação: 64767000
- Clicar no botão consultar (botão azul)
- Selecione o Check box do campo “Estações convencionais”
- Selecione o tipo de arquivo como “CSV”
- Clique no botão “Baixar Arquivo”
Esta sequência pode ser vista na Figura 2.
Tratamento dos dados baixados
Quando fazemos o download da série histórica, precisamos descompactar o arquivo e abrir o arquivo com o nome “vazoes_C_64767000”. O arquivo vem numa configuração matricial que não nos favorece no uso dos dados, como pode ser visto na Figura 3.
Para fazer o tratamento destes dados podemos usar a planilha “ESCOAMENTO DE BASE” que consta no módulo extra do treinamento HBEA . Esta planilha transformará os valores de vazões diários do formato matricial para o formato sequencial. Para isto basta copiarmos todos os dados de vazão do arquivo “vazoes_C_64767000” para as colunas “L” até “AP” da planilha “ESCOAMENTO DE BASE”. Perceba que nas colunas “F” e “G” da planilha ESCOAMENTO DE BASE, já teremos data e vazão, respectivamente de forma sequencial.
Para fazer este processo, veja o vídeo abaixo:
Com os dados organizados de forma sequencial, podemos copiar e colar as datas e vazões para uma nova aba da planilha ESCOAMENTO DE BASE, Figura 4.
Determinação do tempo de estiagem
Para determinarmos o escoamento de base, vamos utilizar o filtro de Eckhardt (2005), para para usarmos corretamente este filtro precisaremos selecionar um período de estiagem na série histórica, onde as vazões sejam baixas e decrescentes, dia pós dia. Veja alguns períodos, marcados em vermelho, com esta característica na Figura 5.
Avaliando toda a série histórica, foi escolhido o período ilustrado na Figura 6.
Determinação do coeficiente k
O coeficiente k é uma constante que depende das características físicas da bacia. Quanto mais poroso o solo da bacia maior é o valor de k, quanto menos poroso o solo da bacia, menor será o valor de k.
Para determinar o coeficiente k, podemos utilizar a equação da Figura 7.
∆t pode ser considerado com 1, visto que as vazões são diárias.
Q(t+∆t) é a vazão no tempo avançado, por exemplo: na primeira linha da Figura 6, este valor seria 8,75m³/s.
Q(t) é vazão no tempo atual, por exemplo: na primeira linha da Figura 6, este valor seria 10,55m³/s
Substituindo os valores na equação da Figura 7 pelos valores da Figura 6, teremos os resultados apresentados na Figura 8.
*Os valores de k apresentados na Figura 8, já estão arredondados
Com os valores parciais de k, podemos então tirar uma média ((5+7+7+6+12)/5) e chegaremos no valor de k = 7,48.
Determinar Q90 e Q50
Para determinar os valores Q90 e Q50, ou seja, as vazões que passam o rio 90% e 50% do tempo, podemos usar a função “PERCENTIL” do excel.
Para usarmos esta função para a Q90 podemos escrever numa nova célula da planilha:
=PERCENTIL(B2:B14069; 0,1)
Onde “B2:B14069” são as vazões diárias, e o valor “0,1” determinará a vazão Q90.
Já para determinarmos a Q50, o processo é similar, porém trocaremos o 0,1 por 0,50:
=PERCENTIL(B2:B14069; 0,5)
Onde “B2:B14069” são as vazões diárias, e o valor “0,5” determinará a vazão Q50.
Ver Figuras 9 e 10.
Determinação do BFI máx
O BFImáx é o máximo percentual de escomento de base que este filtro de Eckhardt (2005) irá permitir. Para determinar este valor podemos usar a equação da Figura 11, que dependerá somente das vazões Q90 e Q50.
Substituindo os valores na equação da Figura 11 teremos um BFImáx: 0,488
Determinação da variável a
Para determinarmos a variável a, precisaremos ∆t, que neste caso será 1 (vazão diária), e do valor de k, também já determinado como 7,48.
Com estes valores em mãos podemos usar então a equação da Figura 12.
Substituindo os valores na equação da Figura 12, teremos um a = 0,87.
Calcular o escoamento de base para a série histórica
Para finalmente calcularmos o escoamento de base da série histórica, devemos aplicar a equação da Figura 13 para cada linha da série histórica de vazões.
Para melhor entender como devemos aplicar a equação da Figura 13, veja a resolução de uma linha realizada na Figura 14, este processo deverá se repetir para todas as linhas.
Aplicando a equação da Figura 13 para todas as linhas teremos as vazões de base calculadas para cada passo de tempo, e com isso podemos plotar o resultado em gráfico. No gráfico podemos plotar no eixo X as datas e no eixo Y as vazões totais e vazões de base, como ilustrado na Figura 14.
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Referência Bibliográfica
COLLISCHONN. W. e DORNELLES. F. Hidrologia para engenharia e ciências ambientais, 2 Ed. ABRH, 2015
