Descrição
Este livro é composto de onze capítulos, construídos de modo a cobrir importantes tópicos, tanto em relação aos conceitos básicos tradicionais quanto aos aspectos teóricos abrangentes, que levem a uma visão ampla de abordagem para a análise de sistemas hídricos. O material desenvolvido cobre matérias tratadas em programas de graduação e de pós-graduação. No desenvolvimento dos tópicos, manteve-se a característica do livro didático, ou seja, de tornar o texto o mais autossuficiente possível.
No primeiro capítulo são apresentadas as áreas principais que compõem a Hidrologia e Recursos Hídricos, abordados os tópicos introdutórios relativos ao ciclo hidrológico e balanço hídrico e descritos os procedimentos para a obtenção de dados hidrológicos, análise e desenvolvimento técnico-científico. Nos Capítulos 2 e 3, são apresentados os fundamentos de hidrometeorologia e técnicas de quantificação da precipitação. Os modelos de transformação chuva-vazão e formulações hidráulicas para a modelagem dos escoamentos superficiais são tratados nos Capítulos 4 e 5. No Capítulo 6, são desenvolvidas algumas técnicas de análise do regime de vazões dos cursos de água. O dimensionamento e operação de reservatórios e o estudo da hidrodinâmica de represas são tratados nos Capítulos 7 e 8. Os principais aspectos teóricos e de modelagem matemática da água no solo e águas subterrâneas estão contidos nos Capítulos 9 e 10. Finalmente, no Capítulo 11, são apresentados os fundamentos teóricos dos processos de erosão, transporte de sedimentos e as técnicas de quantificação das cargas de sedimentos.
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Especificações
2 volumes – 840 páginas – 21×23,5 – ISBN 978-65-84811-16-4 – Segunda edição – Revisada – 2023
Sobre o autor
O professor Antônio Marozzi Righetto formou-se em Engenharia Civil pela Escola de Engenharia de São Carlos – USP em 1968. Era mestre e doutor em Hidráulica e Saneamento pela mesma instituição. Durante 31 anos foi professor do departamento de Hidráulica e Saneamento da EESC, onde ganhou notoriedade nacional na área de recursos hídricos, sendo autor do livro Hidrologia e Recursos Hídricos. Aposentado pela USP, retornou à carreira de docente/pesquisador na Universidade Federal do Rio Grande do Norte, no Departamento de Engenharia Civil, atuando no Programa de Pós-graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental (PPgESA) até 2014.
Durante toda a sua trajetória acadêmica atuou nas áreas de engenharia hidráulica, recursos hídricos e engenharia ambiental, sendo orientador de mais de 50 dissertações e teses. Tinha um grande compromisso com a formação educacional e científica dos seus alunos. Nos últimos anos, assumiu cargo de Coordenador no Instituto de Gestão das Águas do Estado do Rio Grande do Norte, fortalecendo o sistema de gestão de recursos hídricos do Estado.
Era um profissional brilhante, um mestre, na acepção exata da palavra. Mas, mais do que isso, era um cavalheiro: um homem gentil e honrado, cuja presença alegrava a todos, e com quem a convivência e amizade eram privilégios.
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Sumário
Capítulo 1 – Introdução 1
1.1 – Balanços energético e hídrico globais 2
1.2 – O ciclo hidrológico 4
1.3 – Equação fundamental; balanço hídrico local e regional 5
1.3.1 – Balanço hídrico regional 9
1.4 – Unidades e escalas hidrológicas; investigação científica e desenvolvimento tecnológico 10
1.5 – Abordagens determinísticas e probabilísticas 15
1.6 – Experimentação e observações sistemáticas 19
1.6.1 – Estações climatológicas 21
1.6.2 – Estações pluviométricas 24
1.6.3 – Estações fluviométricas 25
1.6.4 – Estações automáticas 26
1.6.5 – Radar meteorológico 27
1.6.6 – Sensoriamento remoto por satélite 29
1.6.7 – Medições regionais 29
1.7 – Engenharia e gestão de recursos hídricos 31
1.8 – Problemas 32
1.9 – Bibliografia 36
Capitulo 2 – Hidrometeorologia 39
2.1 – A atmosfera 39
2.1.1 – Constituintes 40
2.1.2 – Pressão 42
2.1.3 – Temperatura 44
2.1.4 – Ventos 45
2.2 – Movimentos da atmosfera 45
2.3 – Relações hidrometeorológicas 51
2.3.1 – Temperatura virtual 52
2.3.2 – Geopotencial e altura geopotencial 54
2.3.3 – Equação da hidrostática 54
2.3.4 – Equação hipsométrica 54
2.3.4.1 – Pressão de referência ao nível do mar 56
2.3.5 – Distribuição vertical da pressão atmosférica para a condição de variação linear da temperatura 57
2.3.6 – 1a lei da termodinâmica 57
2.3.7 – Processos adiabáticos 60
2.3.8 – Temperatura potencial 60
2.3.9 – Índices de umidade 62
2.3.10 – Nível de condensação 66
2.3.11 – Gradiente térmico do ar saturado 67
2.3.12 – Estabilidade e instabilidade de uma massa de ar 70
2.3.13 – Água precipitável 72
2.4 – Equações básicas 74
2.4.1 – Equação da continuidade 74
2.4.2 – Conservação da energia 75
2.4.3 – Equação do movimento 77
2.4.4 – Equação de conservação da água do ar 81
2.5 – Modelagem numérica 82
2.5.1 – Modelo regional 84
2.5.2 – Modelo global 85
2.5.3 – Integração das equações 87
2.5.4 – Transformação da coordenada vertical 94
2.5.5 – Previsão numérica 99
2.6 – Radiação solar e radiação terrestre 102
2.6.1 – Lei de Planck 105
2.6.2 – Lei de Wien 105
2.6.3 – Lei de Stefan-Boltzmann 105
2.6.4 – Lei de Kirchhoff 107
2.6.5 – Radiação solar ao longo do ano 110
2.6.6 – Radiação de onda longa 114
2.6.7 – Balanço global 115
2.6.8 – Radiação líquida 116
2.7 – Evaporação 117
2.7.1 – Equação de Penman 121
2.7.2 – Evapotranspiração 125
2.7.3 – Equação de Penman-Monteith 127
2.7.4 – Evapotranspiração regional 129
2.7.5 – Abordagem hidrodinâmica 133
2.8 – Precipitação 137
2.8.1 – Modelo de Georgakakos-Bras 140
2.9 – Problemas 149
2.10 – Bibliografia 154
Capitulo 3 – Métodos Estatísticos e Quantificação da Chuva 157
3.1 – A precipitação como variável aleatória 157
3.2 – Conceitos básicos 159
3.3 – Período de retorno 167
3.4 – Distribuições teóricas 169
3.5 – Análise de freqüência 183
3.5.1 – Teste do c2 184
3.6 – Modelos lineares 191
3.6.1 – Regressão linear simples 191
3.6.2 – Regressão múltipla 198
3.7 – Modelos não lineares 201
3.8 – Cadeia de Markov 205
3.9 – Modelagem da precipitação horária 208
3.10 – Chuvas intensas 211
3.10.1 – Análise de dados 212
3.10.2 – Chuva de projeto 216
3.11 – Problemas 223
3.12 – Bibliografia 226
Capitulo 4 – Relação Chuva-Deflúvio 227
4.1 – Introdução 227
4.2 – O hidrograma 231
4.2.1 – Medições de vazão 233
4.3 – O método racional 235
4.3.1 – Microdrenagem urbana 240
4.3.2 – Comentários 244
4.4 – O método scs 245
4.5 – O método das isócronas 249
4.6 – O hidrograma unitário 250
4.6.1 – Obtenção do h.u. para chuva de duração dc a partir do hui 254
4.6.2 – Determinação do hidrograma unitário a partir de um evento complexo 257
4.7 – Modelos conceituais 258
4.7.1 – Modelo conceitual de Nash 260
4.8 – Modelos geomorfológicos 268
4.9 – Modelos baseados na topografia 280
4.10 – Problemas 296
4.11 – Bibliografia 301
Capitulo 5 – Modelos Hidráulico-Hidrológicos 303
5.1 – Introdução 303
5.2 – Equações básicas 304
5.2.1 – Equacionamento unidimensional 304
5.2.2 – Escoamento bidimensional 307
5.3 – Métodos numéricos 309
5.3.1 – Esquema instável 311
5.3.2 – Esquema difusivo 314
5.3.3 – Esquema preditor-corretor de MacCormack 316
5.3.4 – Método das características 319
5.4 – Equações de Saint Venant adimensionalizadas 327
5.5 – Escoamento cinemático 329
5.5.1 – Ondas cinemáticas 333
5.5.2 – Solução analítica 334
5.6 – O método Muskingum 339
5.7 – Modelo distribuído 341
5.8 – Problemas 353
5.9 – Bibliografia 356
Capitulo 6 – Regime de vazões dos cursos de água 359
6.1 – Introdução 359
6.2 – Diagramas característicos 360
6.3 – Série temporal 362
6.4 – Modelos autorregressivos 367
6.4.1 – Série de vazões anuais 370
6.4.2 – Série de vazões mensais 373
6.5 – Modelos de médias móveis, ma(q) 378
6.6 – Modelos autorregressivos e de médias móveis, arma (p,q) 380
6.7 – Modelos autorregressivos e de médias móveis integrados, arima (p,d,q) 383
6.8 – Estiagens 386
6.8.1 – Distribuição das vazões mínimas anuais 392
6.9 – Cheias 394
6.9.1 – Análise de séries parciais 395
6.9.2 – Análise de frequência das vazões máximas anuais 404
6.9.3 – Inclusão de marcos históricos aos dados amostrais 411
6.9.4 – Momentos de probabilidade 416
6.9.5 – Momentos de probabilidade parciais 419
6.9.6 – Regionalização de vazões máximas 421
6.9.7 – Incertezas relativas à distribuição teórica de probabilidades 425
6.9.8 – O método gradex 429
6.9.9 – Obtenção da distribuição das vazões máximas anuais com modelo chuva–vazão 433
6.10 – Problemas 443
6.11 – Bibliografia 445
Capitulo 7 – Dimensionamento e Operação de Reservatórios 449
7.1 – Dimensionamento de um reservatório 450
7.1.1 – Déficit máximo e capacidade do reservatório 450
7.1.2 – Programação linear 453
7.1.3 – Amortecimento de cheias 459
7.2 – Operação de um reservatório 460
7.2.1 – Programação dinâmica 461
7.2.2 – Programação dinâmica estocástica 467
7.2.3 – Operação ótima de um reservatório 471
7.3 – Operação de um conjunto de reservatórios 472
7.3.1 – Programação dinâmica incremental 475
7.3.2 – Programação dinâmica incremental de múltiplos níveis 476
7.3.3 – Programação dinâmica com estado binário 477
7.4 – Aproveitamento hidrelétrico 478
7.5 – Controle de cheias 481
7.6 – Sistema de irrigação 484
7.7 – Problemas 490
7.8 – Bibliografia 495
Capitulo 8 – Estratificação Térmica e Circulação de Água em Represas 497
8.1 – Conceitos básicos e definições 498
8.2 – Estratificação térmica 501
8.2.1 – Transferência de calor 502
8.2.2 – Modelo de estratificação de duas camadas 506
8.2.3 – Modelo de estratificação de múltiplas camadas 511
8.3 – Equações gerais do movimento 516
8.4 – Modelo de circulação bidimensional horizontal 516
8.5 – Escoamento turbulento 529
8.6 – Modelo de turbulência k – e 534
8.7 – Modelo hidrodinâmico horizontal com modelo de turbulência k – e 540
8.8 – Modelo de circulação tridimensional 541
8.9 – Problemas 550
8.10 – Bibliografia 552
Capitulo 9 – Infiltração e Água no Solo 555
9.1 – Uso da equação de infiltração 557
9.2 – Modelagem hidrológica da infiltração 559
9.3 – Equação de Richards 562
9.4 – Potencial matricial e carga de sucção 564
9.5 – Caracterização do meio poroso 567
9.5.1 – Escalas 567
9.5.2 – Retenção de água no solo 569
9.5.3 – Histerese 571
9.5.4 – Modelo de Mualem 572
9.6 – Movimentação da água no solo 577
9.6.1 – Equação Fundamental 578
9.6.2 – Efeito do ar 581
9.6.3 – Efeito térmico 583
9.7 – Modelos numéricos 593
9.7.1 – Modelo de infiltração de Green-Ampt 593
9.7.2 – Movimentação vertical 601
9.7.3 – Solução da equação de Richards em y por diferenças finitas 603
9.7.4 – Método preditor–corretor 606
9.7.5 – Equação de Richards com transformação de variável 608
9.7.6 – Solução da equação de Richards em q e y por diferenças finitas 614
9.7.7 – Critério para a escolha de Dz e Dt 615
9.7.8 – Técnica dos elementos finitos 618
9.8. – Determinação e variabilidade espacial dos parâmetros do solo 637
9.9 – Problemas 650
9.10 – Bibliografia 652
Capitulo 10 – Águas Subterrâneas 655
10.1 – Características hidrogeológicas dos aquíferos 657
10.2 – Aquíferos nacionais 664
10.3 – Equações básicas 667
10.4 – Métodos numéricos 681
10.4.1 – Método das diferenças finitas 681
10.4.2 – Método dos elementos finitos 687
10.4.3 – Método dos elementos de contorno 698
10.5 – Poços de bombeamento 709
10.5.1 – Sistema de poços múltiplos 713
10.5.2 – Poços parcialmente penetrantes 716
10.5.3 – Teste com injeção de água para a determinação de K 717
10.6 – Determinação regional dos parâmetros de um aquífero 719
10.7 – Problemas 725
10.8 – Bibliografia
Capitulo 11 – Erosão e transporte de sedimentos 731
11.1 – Erosão distribuída 731
11.1.1 – Destacamento do solo pelas gotas de chuva 732
11.1.2 – Transporte de sedimentos nas áreas de contribuição 739
11.1.3 – Transporte de sedimentos nos microcanais 747
11.2 – Transporte de sedimentos em rios e canais 754
11.2.1 – Condição para movimentação de partículas do leito 754
11.2.2 – Carga de fundo 756
11.2.3 – Carga em suspensão 760
11.2.4 – Carga total de sedimentos 762
11.2.5 – Resistência ao escoamento 766
11.3 – Regime fluvial 773
11.3.1 – Teoria do regime 774
11.3.2 – Modelos baseados na força trativa 779
11.3.3 – Método baseado na dissipação mínima de energia 790
11.3.4 – Configuração longitudinal do sistema fluvial 793
11.3.5 – Assoreamento de reservatórios 804
11.4 – Problemas 808
11.5 – Bibliografia 811
