Modelação do processo de precipitação-escoamento e transportes associados: Influência da forma das bacias

Abstract

A forma é uma das caraterísticas fisiográficas que influência na resposta hidrológica das bacias hidrográficas. Este trabalho avalia esta influência em termos de escoamento superficial e transporte de sedimentos. Foram conduzidas experiências em laboratório com recurso a um simulador de chuva e três parcelas de terra. Em cada parcela foram simulados 4 eventos de precipitação com a mesma duração, intercalados com 16 minutos sem precipitação. Os resultados experimentais sugerem que o caudal de ponta diminui com o aumento do comprimento no sentido do escoamento, exceto para os primeiros eventos de precipitação. A quantidade de sedimentos transportados diminuiu com o aumento do comprimento, para todos os eventos de precipitação. No entanto a quantidade de sedimentos transportados foi menor no último evento de precipitação para todas as parcelas. Os resultados experimentais de escoamento superficial foram comparados com as do modelo da onda cinemática, resolvida com um método de diferenças finitas. Houve um bom ajuste entre os resultados experimentais e os numéricos, com melhores ajustes para as parcelas com maior comprimento. Uma análise de sensibilidade mostrou que os ajustes seriam melhores com um aumento do coeficiente de Manning ou com a diminuição da inclinação, exceto no último evento de precipitação. No modelo da onda cinemática foram simulados várias formas das parcelas, sendo a forma expressa por um fator de forma que relaciona o quadrado do comprimento com a área das parcelas. A forma das parcelas influenciou o escoamento superficial. No entanto não houve grandes diferenças na previsão do caudal de ponta. As maiores diferenças entre as formas foram verificadas na fase ascendente e descendente dos hidrogramas. Com o aumento do fator de forma, o escoamento iniciou-se mais tarde atingindo um caudal de ponta menor e com decréscimo mais lento no escoamento depois do fim da precipitação.

The shape is one of the physiographic features that influence the hydrological response of the drainage basin. This work evaluates this influence in terms of surface runoff and sediment transport. Experiments were conducted in the laboratory using a rainfall simulator and three plots. In each plot, 4 rainfall events with the same duration were simulated, interspersed with 16 minutes without precipitation. Experimental results suggest that peak flow decreases with increasing runoff length, except for the first precipitation events. The amount of transported sediment decreased with increasing length for all precipitation events. However, the amount of sediment transported was lower in the last precipitation event for all plots. The experimental results of surface runoff were compared with those of the kinematic wave model, solved with a finite difference method. There was a good fit between the experimental and numerical results, with better adjustments for the more elongated plots. A sensitivity analysis showed that the adjustments would be better with an increase in the Manning coefficient or with the slope decrease, except in the last precipitation event. In the kinematic wave model different shapes of the plots are simulated, with the shape being expressed by a shape factor that relates the square of the length with the area of the plots. The shape of the plots influenced the runoff. However, there were no major differences in the peak flow forecast. The greatest differences between the shapes were verified in the rising and falling limb of the hydrographs. With the increase of the shape factor, the surface runoff started later reaching a lower peak flow and slower decrease in surface runoff after the end of the precipitation.