Precipitação

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HIDROLOGIA E
SISTEMAS DE DRENAGEM
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
Prof. Filipe Lima Dornelas
PRECIPITAÇÃO
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
CAPÍTULO 3
3
PRECIPITAÇÃO
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
DEFINIÇÃO
“ Água proveniente da condensação do vapor d’água da 
atmosfera, depositada na superfície terrestre sob a forma 
de chuva, granizo, neve, geada ou orvalho”
� IMPORTÂNCIA: Representa o elo entre os fenômenos hidrológicos e
os de escoamento superficial, que mais interessam ao engenheiro.
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FORMAS DE PRECIPITAÇÃO
� CHUVISCO: Precipitação muito fina e de baixa intensidade;
� CHUVA: É a ocorrência de precipitação na forma líquida;
� NEVE: É a precipitação em forma de cristais de gelo que durante a
queda coalescm formando blocos de dimensões variáveis;
� SARAIVA: É a precipitação sib a form de pequenas pedras de gelo
arredondadas, com diâmetro de cerca de 5 mm;
� GRANIZO: Quando as pedras, arredondadas oude forma irregular,
atingem grande diâmetro (d ≥ 5,0 mm);
� ORVALHO: Condensação do vapor de água do ar de objetos que se
resfriam durante a noite. O resfriamento noturno geralmente baixa a
temperatura até o ponto de orvalho.
� GEADA: Deposição de cristais de gelo. Fenônmeno semelhante ao da
formação do orvalho, mas que ocorre quando a temperatura é ≤ 0 ºC.
PRECIPITAÇÃO
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FORMAÇÃO DAS PRECIPITAÇÃO
� Umidade atmosférica;
� Mecanismo de resfriamento do ar;
� Presença de núcleos higroscópicos; e
� Mecanismo de crescimento das gotas
(coalescência).
PRECIPITAÇÃO
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FORMAÇÃO DAS PRECIPITAÇÃO
� As gotas de chuva têm dimensões muito maiores do que as
gotículas das nuvens (volume 106 maiores) – Mecanismo de
crescimento das gotas;
� Para que ocorra o resfriamento do ar, há a necessidade da sua
ascensão que pode ser devida aos seguintes fatores:
� Gotas de chuva: diâmetros de 0,5 a 2,0 mm (densidade espacial
de 0,1 a 1 gota por dm³), com valor máximo de 5,0 a 5,5 mm;
• Relevo;
• Convecção térmica;
• Ação frontal de massas de ar.
PRECIPITAÇÃO
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TIPOS DE PRECIPITAÇÃO
Chuvas Orográficas
PRECIPITAÇÃO
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TIPOS DE PRECIPITAÇÃO
Chuvas Orográficas
PRECIPITAÇÃO
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TIPOS DE PRECIPITAÇÃO
Chuvas Convectivas
PRECIPITAÇÃO
• Provocadas pelo aquecimento desigual da superfície
terrestre;
• Grande intensidade e curta duração;
• Cobrem pequenas áreas (chuvas típicas de regões
tropicais);
• Mais problemática em bacias com formas arredondadas.
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TIPOS DE PRECIPITAÇÃO
Chuvas Convectivas
PRECIPITAÇÃO
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TIPOS DE PRECIPITAÇÃO
Chuvas Convectivas
PRECIPITAÇÃO
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TIPOS DE PRECIPITAÇÃO
Chuvas Frontais
PRECIPITAÇÃO
• Formadas devido ao encontro de duas massas de ar com
características diferentes;
• Ascensão do ar quente sobre o ar frio em uma zona de
contato entre duas massas de características distintas;
• Pequena intensidade e longa duração;
• Cobrem grandes áreas.
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TIPOS DE PRECIPITAÇÃO
Chuvas Frontais
PRECIPITAÇÃO
0 160 km 320 km 480 km
FRENTE QUENTE (b)
Ar frio
Ar quente
Ar quente Ar frio
320 km 160 km 0
FRENTE FRIA (a)
Superfície 
Frontal
Superfície
Frontal
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TIPOS DE PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO
Imagem do satélite Meteosat de 03/01/1997 (seqüência de frentes estacionárias entre o fim de 1996 
e o início de 1997, com formação de enchentes nos rios São Francisco e Doce)
Chuvas Frontais
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FATORES QUE INFLUEM NA DISTRIBUIÇÃO
DAS PRECIPITAÇÕES
PRECIPITAÇÃO
� Latitude
� Distância do mar ou outras fontes de umidade
� Altitude
� Orientação das encostas
� Vegetação
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
Aquisição de dados de precipitação
• A aquisição de dados de chuva de boa qualidade é
bastante difícil, apesar da medição e dos aparelhos serem
simples;
• É muito raro encontrar uma série de dados pluviométricos
ou pluviográficos confiável;
• Basicamente existem duas maneiras de medir a chuva:
1. Pontualmente, com pluviômetro ou pluviógrafos; e
2. Espacialmente, com radares.
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Pluviômetro – Total precipitado
Recipiente metálico de volume capaz de
conter as maiores precipitações
possíveis em um intervalo de 24 horas:
Altura pluviométrica
A - superfície de captação/cm²; 
V - volume recolhido no recipiente/cm³; 
P - altura diária da chuva em mm.
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
Limitação: não registra a variação da precipitação ao longo dia.
� Pluviômetro
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
• A área de coleta não é padronizada. Encontram-se áreas de
100, 200, 314, 400 ou 1000 cm²;
• Existem provetas calibradas diretamente em milímetros para
medir o volume de água coletado no pluviômetro.
• Graduação: 0,2 mm; Precisão: 0,1 mm;
• Norma internacional: o acúmulo das precipitações em 24
horas, observadas antes do meio-dia, é atribuído ao dia anterior.
� Pluviômetro
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Pluviômetro
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Pluviômetro
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Pluviógrafo – Intesidade, Duração e Frequência
Mesmo princípio do pluviômetro, mas com registro gráfico das variação
da precipitação ao longo do dia. Tipos: de peso, de báscula e de
flutuador.
massa de
mínima
haste da pena
suporte da 
haste da pena
mesa
massa de 
máxima
limitador de 
balança
estribo do 
suporte da haste 
da pena
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Pluviógrafo de Báscula
� Consiste em uma caçamba dividida em dois compartimentos, arranjados de
tal maneira que, quando um deles se enche, a caçamba bascula, esvaziando-o
e deixando outro em posição de enchimento.
�A caçamba é conectada eletricamente a um registrador, sendo que uma
basculada equivale a 0,25 mm de chuva.
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Pluviógrafo de Peso
� O receptor repousa sobre uma escala de pesagem que aciona a pena e esta
traça um gráfico de precipitação sob a forma de um diagrama (altura de
precipitação acumulada x tempo).
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Pluviógrafo de Flutuador
� Muito semelhante ao pluviógrafo de peso.
� Nele a pena é acionada por um flutuador situado na superfície da água
contida no receptor.
� O gráfico de precipitação é semelhante ao do pluviógrafo descrito
anteriormente.
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Pluviógrafo - Pluviograma
Gráficos nos quais a abscissa corresponde às horas do dia e a
ordenada corresponde à altura de precipitação acumulada até aquele
instante.
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Pluviógrafo - Ietograma
Gráficos de barras, nos quais a abscissa representa a escala de tempo
e a ordenada a altura de precipitação.
Duração (horas)
A
lt
u
ra
 (
m
m
)
A altura de precipitação
corresponde a cada barra
é a precipitação total que
ocorreu durante aquele
intervalo de tempo.
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Representação de dados pluviométricos
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Representação de dados pluviométricos
Pluviograma típico correspondente a uma dada chuva
Altura pluviométrica e intensidade da chuva
Chuva de duração de 60 min e total 
precipitado de 15,7 mm
Total precipitado
Fim da chuva
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Redes pluviométricas
Recomendação para instalação de pluviômetros e pluviógrafos
Os locais onde são instalados os pluviógrafos e/ou pluviômetros são
denominados postos pluviométricos
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Redes pluviométricas
• Quantidades de postos pluviométricos – finalidade do estudo e
homogeneidade da distribuição da precipitação;
• Redes Básicas x Redes Regionais
• Redes Básicas – constituída de pluviômetros e um restrito número de
pluviógrafos em áreas de interesse, com coleta permanente de dados;
• Brasil (1 posto a cada 500 ou 400km²), França (200km²), Inglaterra
(50km²), EUA (310km²);
• Redes Regionais – variam conforme sua finalidade (estudos
específicos), a extensão da área coberta, características da bacia
hidrográfica, etc.
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Radares Meteorológicos
Princípio: Radar (Radio Detection And Ranging) transmite microondas
em um feixe concentrado. Parte dessa energia eletromagnética
(v=300.000 km/s) reflete em objetos (gotas de chuva) e retorna à antena
do radar.
� A refletividade do eco é uma medida da intensidade da precipitação.
� A distância até a área de precipitação pode ser medida pelo tempo
entre a emissão e a reflexão.
� Os movimentos verticais (↑↓) e azimutais (O) do radar permitem
quantificar a variação tri-dimensional da intensidade da chuva em
cada instante, dentro de um raio de até 180 km.
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PLUVIOMETRIA
PRECIPITAÇÃO
� Radares Meteorológicos
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
� Preparo preliminar dos dados relativos a uma precipitação
• Eliminação e correção de erros grosseiros ou sistemáticos;
1. Preenchimento errado do valor na caderneta de campo;
2. Soma errada do número de provetas, quando a precipitação é alta;
3. Valor estimado pelo observador, por não se encontrar no local no
dia da amostragem;
4. Crescimento de vegetação ou outra obstrução próxima ao posto de
observação;
5. Danificação, problemas mecânicos, etc.
Causas mais comuns de erros grosseiros nas observações:
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
� Preenchimento de Falhas
• Falhas:
1. Ausência do observador;
2. Defeitos no aparelho;
Observador em posto 
pluviométrico
• Séries contínuas;
• Não se deve realizar o preenchimento de valores diários.
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
• Selecionar pelo menos 3 postos (localizados numa região
climatológica semelhante ao posto a ser preenchido) que
possuam no mínimo 10 anos de dados.
Método da ponderação regional
� Preenchimento de Falhas
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
Método da ponderação regional
� Pelo menos três estações climatologicamente homogêneas
� Médias normais devem ter > 10 anos de período base
� Não ser utilizada para preenchimento de dados diários
N = Precipitação normal anual, média normal
P = Altura pluviométrica
Px = Posto com falha a ser preenchida
A, B, C = Dados das estações próximas
� Preenchimento de Falhas
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
Uma estação pluviométrica X ficou inoperante durante um mês
no qual uma tempestade ocorreu. As medições da tempestade
em três estações vizinhas A, B, C foram, respectivamente, 87
mm, 63 mm e 71 mm. As precipitações médias normais anuais
nas estações X, A, B e C são respectivamente 794 mm, 1026
mm, 852 mm e 940 mm. Qual a precipitação na estação X?
EXERCÍCIO 3.1
Método da ponderação regional
� Preenchimento de Falhas
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
EXERCÍCIO 3.2
Uma estação pluviométrica µ ficou inoperante durante um mês
por problemas técnicos nos aparelhos. As medições
pluviométricas em quatro estações vizinhas A, B, C e D foram,
respectivamente, 85 mm, 90 mm, 79 mm e 81 mm. As
precipitações médias normais anuais nas estações µ, A, B, C e
D são respectivamente 1523 mm, 1499 mm, 1100 mm,1290 mm
e 1318 mm. Qual a precipitação µ na estação?
Método da ponderação regional
� Preenchimento de Falhas
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
• Anormalidades decorrentes de mudança do local ou das condições de
operação do aparelho, de erros sistemáticos, de mudanças climáticas ou de
modificação no método de observação;
• Análise adotada apenas para séries mensais ou anuais;
• Escolhe-se vários postos de uma região homogênea sob o ponto de vista
meteorológico;
• Acumula-se os totais anuais de cada posto;
• Calcula-se a média aritmética dos totais precipitados em cada ano em todos
os postos contra os totais acumulados de cada um deles.
Curva de Duplas Massas ou
Curva Dupla Acumulativa
� Homogeneidade dos dados
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
Comparação gráfica entre os valores 
acumulados das precipitações mensais 
(ou anuais) observadas na estação em 
cheque e os valores acumulados das 
precipitações mensais (ou anuais) 
regionais, essas tomadas como médias 
aritméticas de várias estações vizinhas.
� Homogeneidade dos dados
Curva de Duplas Massas ou Curva Dupla Acumulativa
Desenvolvido pelo U. S. Geological Survey
PA = observações a serem ajustadas à condição atual
PI = dados observados a serem corrigidos (média das estações)
tan α = coef. Angular da reta no período mais recentetan β = 
coef angular da reta no período em que se deseja corrigir
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
� Homogeneidade dos dados
DADOS UTILIZADOS PARA A CONFECÇÃO DE CURVA DUPLA ACUMULATIVA
ANO
Estação 
Y (mm)
Média 25 est. 
(mm)
Est. Y acum. 
(mm)
Média 25 est. 
acum. (mm)
Est. Y corrigida 
(mm)
Est. Y corrigida acum. 
(mm)
1956 190 260 190 260 190 190
1955 180 230 370 490 180 370
1954 310 390 680 880 310 680
1953 300 300 980 1180 300 980
1952 210 280 1190 1460 210 1190
1951 280 350 1470 1810 280 1470
1950 180 240 1650 2050180 1650
1949 310 370 1960 2420 310 1960
1948 230 230 2190 2650 230 2190
1947 210 290 2400 2940 210 2400
1946 230 280 2630 3220 230 2630
1945 200 250 2830 3470 200 2830
1944 280 260 3110 3730 280 3110
1943 300 340 3410 4070 300 3410
1942 210 230 3620 4300 210 3620
1941 260 230 3880 4530 260 3880
1940 250 230 4130 4760 250 4130
1939 280 320 4410 5080 301 4431
1938 420 360 4830 5440 388 4819
1937 380 230 5210 5670 301 5121
1936 480 330 5690 6000 401 5522
1935 420 240 6110 6240 325 5847
1934 440 250 6550 6490 340 6187
1933 490 280 7040 6770 380 6567
1932 680 370 7720 7140 517 7084
1931 520 280 8240 7420 394 7478
1930 470 270 8710 7690 365 7843
1929 530 270 9240 7960 393 8236
1928 630 310 9870 8270 462 8698
1927 590 350 10460 8620 464 9162
1926 510 230 10970 8850 363 9524
1925 520 310 11490 9160 410 9934
1924 530 280 12020 9440 399 10333
1923 500 310 12520 9750 400 10733
1922 490 280 13010 10030 380 11112
1921 620 350 13630 10380 478 11590
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
Representações gráficas do método de Dupla - Massa
� Homogeneidade dos dados
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE UMA BACIA
� Método Aritmético
• Método mais simples;
• Média aritmética das alturas de chuvas medidas nos diversos
postos pluviométricos da região;
• Aplicável na seguinte situação:
• Limitações:
• Distribuição uniforme dos pluviômetros;
• Área plana ou de relevo muito suave.
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE UMA BACIA
� Método Aritmético
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ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE UMA BACIA
� Método do Polígono de Thiessen
• Consiste em atribuir um fator de ponderação aos totais de
precipitados em cada aparelho, proporcional à sua área de
influência.
• Mais preciso que o método aritmético;
• Pode ser utilizado para uma distribuição desuniforme dos
aparelhos;
• Não leva em conta as influências orográficas (relevo).
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ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE UMA BACIA
� Método do Polígono de Thiessen
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ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE UMA BACIA - Método do Polígono de Thiessen
1
Traço de linhas unindo postos 
pluviométricos de uma bacia 
hidrográfica
2
Determinação do ponto médio 
e traçando linha perpendicular
3
4
Definição da região 
de influência de 
cada posto
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ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE UMA BACIA
� Método das isoietas
• Método mais preciso para avaliar a precipitação média em uma
bacia;
• Em vez de pontos isolados de precipitação, determinados
pelos pluviômetros, utilizamos curvas de igual precipitação
(isoietas).
50
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE UMA BACIA
• A precisão do método depende altamente da habilidade do
analista no traçado das iso-linhas (isoietas);
• Procedimento para traçado das isoietas:
a) Localizar os postos no mapa da região de interesse e escrever o total 
precipitado para o período escolhido ao lado de cada posto;
b) Esboçar as linhas de igual precipitação, escolhendo números inteiros;
c) Ajustar estas linhas por interpolação entre os postos; e
d) Utilizar um mapa de relevo e superpor com o mapa de isoietas, 
fazendo um ajuste destas linhas com o relevo.
� Método das isoietas
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ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE UMA BACIA
Traço de linhas unindo postos 
pluviométricos de uma bacia 
hidrográfica
1 2
Dividir as linhas escrevendo os 
valores da precipitação 
interpolados
3
Traçado das isolinhas
Determinação da 
precipitação média 
utilizando o método das 
isoietas
4
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18
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ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
PRECIPITAÇÃO MÉDIA DE UMA BACIA
� Método das isoietas
53
ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
EXERCÍCIO 3.3
Uma estação pluviométrica X ficou inoperante durante um mês por problemas
técnicos nos aparelhos. As medições pluviométricas em quatro estações
vizinhas A, B, C e D foram, respectivamente, 85 mm, 90 mm, 79 mm e 81 mm.
As precipitações médias normais anuais nas estações X, A, B, C e D são
respectivamente 1523 mm, 1499 mm, 1100 mm,1290 mm e 1318 mm. Sabe-se
que a área de influência das estações X, A, B, C e D são respectivamente 12
Km², 10,9 Km², 9,2 Km², 7,6 km² e 8,3 Km².
a) Qual a precipitação X na estação?
b) Qual a precipitação média do mês em questão na bacia, usando-se o Método
do Polígono de Thiessen?
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ENGENHARIA CIVIL – HIDROLOGIA E SISTEMAS DE DRENAGEM
ANÁLISE DE DADOS PLUVIOMÉTRICOS
PRECIPITAÇÃO
EXERCÍCIO 3.4
Uma estação pluviométrica µ ficou inoperante durante um mês por problemas
técnicos nos aparelhos. As medições pluviométricas em três estações vizinhas
A, B e C foram, respectivamente, 105 mm, 110 mm e 99 mm. As precipitações
médias normais anuais nas estações µ, A, B e C são respectivamente 1323 mm,
1299 mm, 900 mm e 1090 mm. Sabe-se que a área de influência entre as
isoietas encontradas para a bacia são respectivamente: >110 =112 Km²; 80-110=
110 Km²; 50-80= 90 Km²; 20-50= 7,6 km² ; e <20=83 Km².
a) Qual a precipitação µ na estação?
b) Qual a precipitação média do mês em questão na bacia, usando-se o Método
das Isoietas?