Experimental determination of the time of concentration, Sapucajuba creek small watershed study

Authors

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v10i6.12757

Keywords:

Time of concentration; Saline tracer; Morphometric characteristics.

Abstract

Time of concentration (tc) is a parameter that indicates the response time of a river catchment to a rainfall. Frequently, empirical equations are used to determination of tc for the design of the maximum flow. However, the determination of this response time by equations sometimes results in an erroneous application, that is, outside its field of validity. Thus, the present work aimed to determine tc in an experimental and simplified way in the Sapucajuba creek, from measurements in the field, with saline tracer, and to make a comparison with 13 empirical models, which require the morphometric characteristics of the small watershed. It was observed that they underestimated the time of concentration value, in general, by empirical models, overestimating the future project flow. DNOS (sandy-clay condition, intense vegetation, high absorption) was the most indicated model for the estimate of tc, that provided the lowest percentage error, 1.92%, compared to tc measured in the field. However, such error exceeded 70.00% by other models, showing great variability. Therefore, it is strongly recommended the determination of tc in field, that will provide a real result, contributing to the economic dimensioning of hydraulic-hydrological works and projects.

Author Biography

Giovanni Chaves Penner, Universidade Federal do Pará

Graduado em Engenharia Sanitária pela UFPA (1997), mestrado e doutorado pela EESC-USP (2000 e 2005). Intercâmbio com a USEPA (2004). Especialista em Gestão Municipal de Recursos Hídricos ANA/IFCE (2018). Trabalha como professor doutor desde (2005). Tem experiência na área de Engenharia Sanitária, Hidrologia e Recursos Hídricos, com ênfase em Gerenciamento de Áreas Contaminadas e Controle da Poluição, atuando principalmente nos seguintes temas: modelagem matemática de plumas poluentes, contaminação do solo, passivos ambientais, qualidade da água subterrânea, diagnóstico ambiental, avaliação de risco e remediação, estudo de chuvas intensas, bacia hidrográficas e medição de vazão em cursos d'água. Atua como Professor Doutor na UFPA na Faculdade de Engenharia Sanitária e Ambiental e Consultor na área de Saneamento Ambiental com ênfase no Gerenciamento de Áreas Contaminadas e Recursos Hídricos

References

Azizian, A. (2019). Comparison of salt experiments and empirical time of concentration equations. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Water Management 172(3): 109–122. https://doi.org/10.1680/jwama.17.00048.

Almeida, I. K. De., Anache, J. A. A., Almeida, V. R., & Sobrinho, T. A. (2013). Estimativa de tempo de concentração em bacia hidrográfica. In: Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 20., Anais [...]. Rio Grande do Sul.

Almeida, I. R., & Penner, G. C. (2017). Caracterização física da bacia do Igarapé Sapucajuba (Belém-PA). In: Congresso Brasileiro de Engenharia Sanitária e Ambiental, 29. São Paulo, 2017, Anais [...]. São Paulo: ABES: AESABESP.

Baptista, L. M. A. C., & Netto, O. M. C. (2004). Análise multicritério para a avaliação de sistemas de drenagem urbana proposição de indicadores e de sistemática de estudo. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 9(4), 5-19, Out/Dez. https://doi.org/10.21168/rbrh.v9n4.p5-19.

Beck, H. E., Bruijnzeel, L. A., Van Dijk, A. I. J. M., Mcvicar, T. R., Scatena, F. N., & Schellekens, J. (2013). The impact of forest regeneration on streamflow In: 12 mesoscale humid tropical catchments. Hydrology and Earth System Sciences, 17(7), 2613-2635. https://doi.org/10.5194/hess-17-2613-2013, 2013.

Beven, K. J. (2020). A history of the concept of time of concentration. Hydrology and Earth System Sciences, 24, 2655–2670, 2020. https://doi.org/10.5194/hess-24-2655-2020.

Borges, A. C., Matos, A. T., Calijuri, M. D. C., Oliveira, G. H. H., & Roldão, J. S. (2009). Uso de traçadores para avaliação da hidrodinâmica de sistemas alagados construídos operando sob condições climáticas tropicais. Engenharia Agrícola, 29(2), 301-310. https://doi.org/10.1590/S0100-69162009000200013.

Bortoluzzi, L. N., & Fernandez, O. V. Q. (2008) Medição de vazão líquida em pequenos cursos d’água de Marechal Cândido Rondon (PR). Geografia Ensino & Pesquisa, Santa Maria (PR), v. 12, 4265-4275. https://www.researchgate.net/publication/236625197_MEDICAO_DA_VAZAO_LIQUIDA_EM_PEQUENOS_CURSOS_D'AGUA_DE_MARECHAL_CANDIDO_RONDON_PR.

Carvalho, R. R. De., Tartari, R., Radmann, V., & Pagani, C. H. (2014). Monitoramento da vazão em rios da região sul do Amazonas. Revista EDUCAmazônia, Manaus, ano 7, 12(1), jun/jul., 8-27. https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/4730897.pdf.

Collischonn, W., & Dornelles, F. (2015). Hidrologia: para engenharia e ciências ambientais: Associação Brasileira de Recursos Hídricos (ABRH), Coleção ABRH; 12, 336p. ISBN: 978-85-8868-634-2.

Cuartas, L. A., Tomasella, J., Nobre, A. D., Nobre, C. A., Hodnett, M. G., Waterloo, M. J., De Oliveira, S. M., Von Randow, R. De C., Trancoso, R., & Ferreira, M. (2012). Distributed hydrological modeling of a micro-scale rainforest watershed in Amazonia: model evaluation and advances in calibration using the new HAND terrain model. Journal of Hydrology, v. 462-463, 15-27. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.12.047.

Lima, D. M. & Da Paz, A. R. (2016). Estudo do efeito da caracterização da rede de drenagem na determinação do tempo de concentração via geoprocessamento. VII Congresso Brasileiro de Gestão Ambiental. Paraíba: IBEAS – Instituto Brasileiro de Estudos Ambientais. https://www.ibeas.org.br/congresso/Trabalhos2016/VIII-030.pdf.

Lucas, B. T. Proposta de metodologia para cálculo da microdrenagem urbana a partir de análise discretizada do escoamento superficial da água de chuva. (2019). (Dissertação de Mestrado). Programa de Mestrado Profissional em Inovação Tecnológica, Universidade Federal do Triângulo Mineiro – UFTM, Uberaba, MG, Brasil, 86p. http://bdtd.uftm.edu.br/handle/tede/962.

Matos, M. P., Sperling, M. V., Matos, A. T., & Passos, R. G. (2015). Uso de traçador salino para avaliação da colmatação e das condições hidrodinâmicas em sistemas alagados construídos de escoamento horizontal subsuperficial. Engenharia Agrícola, Jaboticabal, 35(6), 1137-1148. https://doi.org/10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v35n6p1137-1148/2015.

Miguel, B. H., & Rennó, C. D. Uso de Dados de Radar Meteorológico em Modelo Hidrológico SCS-CN para a Estimativa de Escoamento Superficial. Revista Brasileira de Cartografia, 72(3), 501-516, 22 set. 2020. https://doi.org/10.14393/rbcv72n3-53684.

Mota, A. A., Grison, F., Giglio, J. N., & Kobiyama, M. (2016). Instalação de uma pequena bacia experimental florestal: estudo de caso da bacia do Rio Araponga. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental, 22(1), 73-80. https://doi.org/10.1590/s1413-41522016154610.

Mota, A. A., & Kobiyama, M. (2015). Reconsiderações sobre a Fórmula de Kirpich para o cálculo de tempo de concentração. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 20(1), 55-59. https://doi.org/10.21168/rbrh.v20n1.p55-59.

Passos, R. G., Dias, D. F. C., Matos, M. P., & Von Sperling, M. (2018). Sodium chloride as a tracer for hydrodynamic characterization of a shallow maturation pond. Water Practice and Technology, 13, 30-38. https://doi.org/10.2166/wpt.2018.009.

Sampaio, A. S., Sá, P. E. F., Batista, T. L., & Studart, T. M. C. (2016). Análise do tempo de concentração em função das características fisiográficas em bacias rurais. In: Simpósio de Recursos Hídricos do Nordeste, 13., Aracaju. Anais [...]. Aracaju: ABRHidro. https://abrh.s3.sa-east-1.amazonaws.com/Sumarios/81/51b628c0f984da85b0201d42c0cdd10f_2ff3473dd68d07c62117d3505fadc85a.pdf.

Silva, L. L., Donnici, C. L., Ayala, J. D., Freitas, C. H., Moreira, R. M., & Pinto, M. F. (2009). Traçadores: o uso de agentes químicos para estudos hidrológicos, ambientais, petroquímicos e biológicos. Química Nova, 32(6), 1576-1585. http://dx.doi.org/10.1590/S0100-40422009000600042.

Silva, P. V. R. M. Da., Pecly, J. O. G., & Azevedo, J. P. S. (2017). Uso de traçadores fluorescentes para determinar características de transporte e dispersão no Rio Piabanha (RJ) para a modelagem quali-quantitativa pelo HEC-RAS. Revista Engenharia Sanitária e Ambiental, 22(3), 463-472. http://dx.doi.org/10.1590/s1413-41522017150187.

Silva, J. J. R., de Assis Oliveira, G., Vieira, E. M., & Freitas, A. C. V. (2020). Influência da expansão urbana aliada às características morfométricas nas ocorrências de inundações: estudo de caso no município de João Monlevade-MG. Research, Society and Development, 9(2), 1-26. http://dx.doi.org/10.33448/rsd-v9i2.2101.

Silveira, A. L. L. (2005). Desempenho de fórmulas de tempo de concentração em bacias urbanas e rurais. Revista Brasileira de Recursos Hídricos, 10(1), 5-23. https://doi.org/10.21168/rbrh.v10n1.p5-29.

Souza, J. C., Reis, J. A. T. Dos., & Mendonça, A. S. F. (2018). Importance of adequate appropriation of physiographic information for concentration times determination. Revista Ambiente & Água, 13(4), 1-13. https://doi.org/10.4136/ambi-agua.2184.

Downloads

Published

01/06/2021

How to Cite

PENNER, G. C.; MATOS, T. R. de .; ALMEIDA, H. da S. .; GONÇALVES, J. C. de S. I. .; GONÇALVES , M. M. . Experimental determination of the time of concentration, Sapucajuba creek small watershed study. Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 6, p. e35210612757, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i6.12757. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/12757. Acesso em: 14 jun. 2021.

Issue

Section

Engineerings