Como a vazão dos rios é medida?

A medição da água retirada por uma bomba não deve ser confundida com a medição da vazão total de um curso d’água.

O usuário mede a quantidade de água que está captando. Já a vazão total do rio é monitorada por instituições responsáveis pela instalação e operação de estações fluviométricas.

Essas medições são fundamentais para conhecer a disponibilidade hídrica, acompanhar períodos de cheia e estiagem, elaborar estudos hidrológicos e analisar pedidos de outorga.

Quem monitora a vazão dos rios?

No Brasil, a principal estrutura de monitoramento é a Rede Hidrometeorológica Nacional — RHN, coordenada pela Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico — ANA.

A operação da rede ocorre em parceria com o Serviço Geológico do Brasil — SGB, órgãos estaduais e outras instituições públicas e privadas.

Também poderão operar estações hidrológicas:

• órgãos estaduais, como o Instituto Mineiro de Gestão das Águas — IGAM;
• empresas de energia;
• operadores de usinas hidrelétricas;
• companhias de saneamento;
• universidades e centros de pesquisa;
• consultorias especializadas;
• grandes empreendimentos sujeitos a obrigações de monitoramento.

A vazão é medida continuamente?

Na maioria das estações fluviométricas, a vazão não é medida diretamente durante todos os minutos do dia.

O procedimento combina duas atividades:

1. o registro contínuo do nível da água;
2. a realização periódica de campanhas de medição da vazão.

A partir dessas informações, é possível estabelecer uma relação entre o nível observado e a vazão correspondente.

Medição do nível do rio

A estação poderá possuir réguas limnimétricas ou sensores automáticos que registram a altura da superfície da água.

Essa altura é denominada cota ou nível do rio e poderá ser representada pela letra h.

Por exemplo:

h = 1,35 m

O nível poderá ser observado manualmente nas réguas ou registrado automaticamente por sensores e equipamentos de transmissão de dados.

Entretanto, conhecer apenas a altura da água não é suficiente para determinar diretamente a vazão. É necessário relacionar esse nível às características da seção do rio e à velocidade da corrente.

Medição da velocidade e da seção do rio

Periodicamente, técnicos realizam campanhas de campo nas quais medem:

• a largura do rio;
• as profundidades em diferentes pontos;
• a área da seção molhada;
• a velocidade da corrente;
• a vazão correspondente.

De forma simplificada, a vazão poderá ser calculada por:

Q = A × V

Em que:

• Q é a vazão, em metros cúbicos por segundo;
• A é a área da seção molhada, em metros quadrados;
• V é a velocidade média da água, em metros por segundo.

As medições poderão ser executadas com molinetes hidrométricos ou equipamentos acústicos, como o ADCP — Acoustic Doppler Current Profiler.

O ADCP utiliza sinais acústicos para estimar a velocidade da água em diferentes pontos da seção do rio, permitindo calcular a vazão com maior rapidez em determinadas condições.

O que é a curva-chave?

A curva-chave é a relação matemática e gráfica entre o nível da água e a vazão correspondente em determinada seção do rio.

Essa relação poderá ser representada por:

Q = f(h)

Em que:

• Q é a vazão;
• h é o nível ou a cota da água.

Com várias medições realizadas durante períodos de estiagem, vazões intermediárias e cheias, os técnicos obtêm pares de valores de nível e vazão.

Um exemplo hipotético seria:

A partir desses pontos, poderá ser ajustada uma equação semelhante a:

Q = a(h − h₀)ᵇ

Os parâmetros a, b e h₀ são determinados para cada estação e dependem das características hidráulicas da seção do rio.

Assim, a cota observada nas réguas ou nos sensores poderá ser transformada em vazão por meio da curva-chave específica daquele local.

Exemplo prático de aplicação da curva-chave

Considere que uma estação registre:

h = 1,20 m

Pela curva-chave daquele local, esse nível poderá corresponder a:

Q = 15 m³/s

Quando o nível aumentar para:

h = 1,70 m

A vazão poderá passar para:

Q = 35 m³/s

A relação entre nível e vazão não é necessariamente linear.

Um pequeno aumento do nível poderá representar um crescimento muito maior da vazão, dependendo da largura, da profundidade, da declividade e da geometria do canal.

Por esse motivo, não é correto utilizar uma relação genérica entre nível e vazão para todos os rios. Cada estação deverá possuir uma curva específica para a seção monitorada.

A curva-chave pode mudar?

Sim. A curva-chave é específica para determinada seção do rio e poderá sofrer alterações quando mudarem as condições do leito e das margens.

Entre as principais causas dessas alterações estão:

• erosão;
• assoreamento;
• crescimento de vegetação;
• deslocamento de sedimentos;
• extração de areia;
• construção de pontes;
• implantação de barragens;
• intervenções no canal;
• alterações provocadas por grandes cheias.

Uma enchente, por exemplo, poderá remover sedimentos, aprofundar o canal ou provocar alterações nas margens. Depois desse evento, o mesmo nível de água poderá corresponder a uma vazão diferente daquela estimada anteriormente.

Por isso, são necessárias novas medições de descarga para verificar se a relação entre nível e vazão continua válida.

Uma curva-chave desatualizada poderá provocar erros na estimativa da vazão do curso d’água e afetar estudos relacionados à disponibilidade hídrica, às cheias, às estiagens e à concessão de outorgas.

E quando não existe uma estação no local?

Nem todo córrego, ribeirão ou trecho de rio possui uma estação fluviométrica.

Quando não existe uma série histórica medida exatamente no ponto de interesse, a vazão poderá ser estimada por métodos como:

• regionalização de vazões;
• comparação com estações próximas;
• relação entre áreas de drenagem;
• estudos de rendimento específico;
• modelagem hidrológica;
• campanhas pontuais de medição;
• análise das características físicas e climáticas da bacia.

Assim, valores como Q7,10, Q90 e Q95 nem sempre são obtidos em uma estação localizada exatamente no ponto da captação.

Muitas vezes, essas vazões são calculadas por regionalização, utilizando informações de estações consideradas representativas da mesma região hidrográfica.

Esses estudos deverão considerar fatores como:

• área de drenagem;
• relevo;
• regime de chuvas;
• tipo de solo;
• cobertura vegetal;
• características geológicas;
• comportamento hidrológico da bacia.

A regionalização permite transferir informações de locais monitorados para trechos sem dados suficientes, mas os resultados apresentam incertezas e deverão ser utilizados com critérios técnicos adequados.

Onde consultar os dados?

Os dados das estações integrantes da Rede Hidrometeorológica Nacional poderão ser consultados no sistema Hidroweb, vinculado ao Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos.

O sistema reúne informações sobre:

• estações hidrológicas;
• séries históricas de nível;
• séries históricas de vazão;
• dados de chuva;
• medições de descarga;
• informações sedimentométricas;
• informações sobre a qualidade da água, quando disponíveis.

Esses dados são utilizados em estudos de disponibilidade hídrica, projetos de engenharia, planejamento de bacias hidrográficas, prevenção de eventos extremos e análise de pedidos de outorga.

Considerações finais

A medição da vazão dos rios depende da operação adequada das estações fluviométricas, da realização de campanhas de campo e da atualização periódica das curvas-chave.

O registro contínuo do nível da água permite acompanhar as variações do rio ao longo do tempo. Entretanto, a transformação desse nível em vazão depende de medições realizadas diretamente na seção monitorada.

Quando não existem estações no ponto de interesse, são utilizados métodos de regionalização, modelagem hidrológica e comparação com outras bacias.

A proteção e a gestão dos recursos hídricos dependem de informações confiáveis. Estações bem operadas, séries históricas consistentes e curvas-chave atualizadas são essenciais para o planejamento, a concessão de outorgas e a prevenção dos efeitos de cheias e estiagens.

João Carlos de Castro Silva
Engenheiro Civil e Sanitarista
Mestre em Saneamento, Meio Ambiente e Recursos Hídricos
Fundador da SAMARH BRASIL