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Disciplina: HIDROLOGIA E MANEJO E CONSERVAÇÃO DE

BACIAS HIDROGRÁFICAS

Professor: João Paulo Bestete de Oliveira

DEFINIÇÃO: Água proveniente da condensação do vapor d’água da atmosfera, depositada na superfície terrestre.

FORMAS: Garoa Chuva Saraiva Granizo Neve Orvalho Geada

precipitação líquida constituída por gotas com diâmetro inferior a 0,5 mm, apresentando baixa intensidade (< 1 mm h-1)

Precipitação na forma líquida, todavia as gotas apresentam diâmetro superior a 0,5 mm

≤ 1,0

precipitação sob forma de pedras de gelo de pequeno diâmetro (< 5 mm)

precipitação sob forma de pedras de gelo de grande diâmetro (> 5 mm)

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precipitação de cristais de gelo a partir do vapor de água quando a temperatura do ar é inferior a 0ºC

precipitação sob a forma de vapor d’água, ocorre condensação do vapor em superfícies sólidas que se resfriam durante a noite (folhas, por exemplo)

precipitação sob a forma de vapor d’água, formam-se cristais de gelo em superfícies que se resfriam à noite

IMPORTÂNCIA: ligação entre fases atmosférica e terrestre do ciclo

hidrológico

entrada (input) do sistema hidrológico

única forma de entrada de água em uma bacia hidrográfica

fonte primária da água para o uso do homem

problemas em BH’s são em sua grande maioria conseqüência de chuvas de grande intensidade ou volume e da ausência de chuva em longos períodos de estiagem

Enchentes Danos a obras hidráulicas

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Prejuízos agroflorestais Redução de vazão Redução de nível de reservatórios Prejuízos à produção vegetal

Redução de vazão Redução de nível de reservatórios Prejuízos à produção vegetal

Promovem aumento da infiltração Favorecem recarga de aqüíferos Podem causar problemas à agricultura e à

conservação do solo

A precipitação é um processo aleatório que nãopermite uma previsão determinística com grandeantecedência.

O tratamento dos dados de precipitação para agrande maioria dos problemas hidrológicos éestatístico.

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ATMOSFERA: Camada gasosa que envolve a terra, constituída por uma mistura complexa de gases que variam em função do tempo e da situação geográfica

AR SECO AR NATURAL VAPOR D’ÁGUA PARTÍCULAS SÓLIDAS EM SUSPENSÃO

VARIA DE 0 a 4% VAPOR D’ÁGUA 0% - REGIÕES DESÉRTICAS 4% - FLORESTAS TROPICAIS

PARTÍCULAS SÓLIDAS (Partículas minúsculas de várias origens, com diâmetro variando de 0,01 a 1 micron) (Núcleos de Condensação)

SAIS DE ORIGEM ORGÂNICA E INORGÂNICA EXPLOSÕES VULCÂNICAS COMBUSTÃO DE GÁS, CARVÃO E PETRÓLEO

NITROGÊNIO + OXIGÊNIO = 99% ARGÔNIO = 0,93% AR SECO CO2 = 0,03% OUTROS (Ozônio, Hidrogênio, Hélio, Neônio, etc.)

AR SECO AR NATURAL VAPOR D’ÁGUA PARTÍCULAS SÓLIDAS EM SUSPENSÃO

VARIA DE 0 a 4% VAPOR D’ÁGUA 0% - REGIÕES DESÉRTICAS 4% - FLORESTAS TROPICAIS

PARTÍCULAS SÓLIDAS(Partículas minúsculas de várias origens, com diâmetro variando de 0,01 a 1 micron) (Núcleos de Condensação)

SAIS DE ORIGEM ORGÂNICA E INORGÂNICA EXPLOSÕES VULCÂNICAS COMBUSTÃO DE GÁS, CARVÃO E PETRÓLEO

NITROGÊNIO + OXIGÊNIO = 99% ARGÔNIO = 0,93% AR SECO CO2 = 0,03% OUTROS (Ozônio, Hidrogênio, Hélio, Neônio, etc.)

Núcleos de condensação mais ativos:

- partículas de sal procedentes do mar- cristais de gelo-produtos de combustão contendo ácidos nítrico e sulfúrico (comum em regiões industriais)

Elementos necessários: Umidade

Resfriamento do vapor (expansão adiabática) ~ 1oC a cada 100 m

Condensação do vapor (gotículas com 0,01 a 0,03 mm)

Presença de núcleos higroscópicos (origens argilosas, orgânicas (polén), químicas e sais marinhos)

Crescimento de gotículas (coalescência e difusão de vapor)

Chuva: diâmetros de gotas entre 0,5 a 2,0 mm

TIPOS BÁSICOS DE NUVENS

FAMÍLIA DE NUVENS E ALTURA

TIPO DE NUVEM CARACTERÍSTICAS

Nuvens altas(acima de 6000 m)

Cirrus (Ci)Nuvens finas, delicadas, fibrosas,formadas de cristais de gelo.

Cirrocumulus (Cc)

Nuvens finas, brancas, de cristaisde gelo, na forma de ondas oumassas globulares em linhas. É amenos comum das nuvens altas.

Cirrostratus (Cs)

Camada fina de nuvens brancas decristais de gelo que podem dar aocéu um aspecto leitoso. As vezesproduz halos em torno do Sol ouda Lua.

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TIPOS BÁSICOS DE NUVENS

FAMÍLIA DE NUVENS E ALTURA

TIPO DE NUVEM CARACTERÍSTICAS

Nuvens médias(2000 - 6000 m)

Altocumulus (Ac)Nuvens brancas a cinzasconstituídas de glóbulos separadosou ondas.

Altostratus (As)

Camada uniforme branca ou cinza,que pode produzir precipitaçãomuito leve.

TIPOS BÁSICOS DE NUVENS

FAMÍLIA DE NUVENS E ALTURA

TIPO DE NUVEM CARACTERÍSTICAS

Nuvens baixas(abaixo de 2000 m)

Stratus (St)Camada baixa, uniforme, cinza,parecida com nevoeiro, mas nãobaseada sobre o solo.Pode produzir chuvisco.

Stratocumulus (Sc)Nuvens cinzas em rolos ou formasglobulares, que formam umacamada.

Nimbostratus (Ns)

Camada amorfa de nuvens cinzaescuro. Uma das mais associadas àprecipitação.

TIPOS BÁSICOS DE NUVENS

FAMÍLIA DE NUVENS E ALTURA

TIPO DE NUVEM CARACTERÍSTICAS

Nuvens com desenvolvimento vertical

Cumulus (Cu)

Nuvens densas, com contornossalientes, ondulados e basesfreqüentemente planas, comextensão vertical pequena oumoderada. Podem ocorrerisoladamente ou dispostaspróximas umas das outras.

Cumulonimbus (Cb)

Nuvens altas, algumas vezesespalhadas no topo de modo aformar uma "bigorna". Associadascom chuvas fortes, raios, granizo etornados.

Observação:

Nimbostratus e Cumulonimbus são as nuvens

responsáveis pela maior parte da precipitação.

Classificadas de acordo com os diferentes processos pelos quais ocorre ascensão das massas de ar em: a) Frontais ou ciclônicas

b) Orográficas ou chuvas de relevo

c) Convectivas ou chuvas de verão

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encontro de duas grandes massas de ar de diferentes temperaturas e umidades

centenas de km2 de extensão movimentam-se de forma lenta longa duração, intensidade baixa a média podem ficar estacionárias provocando enchentes em

pequenas BH

Chuva FrontalOriginada do encontro de massasde ar com diferentescaracterísticas de temperatura eumidade. Dependendo do tipo demassa que avança sobre a outra,as frentes podem serdenominadas basicamente defrias e quentes. Nesse processoocorre a “convecção forçada”,com a massa de ar quente eúmida se sobrepondo à massa friae seca. Com a massa de ar quentee úmida se elevando, ocorre oprocesso de resfriamentoadiabático, com condensação eposterior precipitação.

Características das chuvas frontais

Distribuição: generalizada na região Intensidade: fraca a moderada, dependendo do tipo de frente Predominância: sem horário predominante Duração: média a longa (horas a dias), dependendo da velocidade de deslocamento da frente.

formadas por influência do relevo pequena intensidade e grande duração cobrem pequenas áreas sombra pluviométrica

Chuva Orográfica

Ocorrem em regiões ondebarreiras orográficas forçam aelevação do ar úmido,provocando convecção forçada,resultando em resfriamentoadiabático e em chuva na face abarlavento. Na face a sotavento,ocorre a sombra de chuva, ouseja, ausência de chuvas devidoao efeito orográfico.

Santos – P = 2153 mm/ano

Cubatão – P = 2530 mm/ano

Serra a 350m– P = 3151mm/ano

Serra a 500m– P = 3387 mm/ano

Serra a 850m– P = 3874 mm/ano

S.C. do Sul – P = 1289 mm/ano

Exemplo do efeito orográfico na Serra do Mar, no Estado de

São Paulo

aquecimento de massas de ar úmido em contato direto com a superfície quente

brusca ascensão alta intensidade curta duração áreas pequenas regiões equatoriais

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Chuva Convectiva

Originada do processo de convecçãolivre, em que ocorre resfriamentoadiabático, formando-se nuvens de grandedesenvolvimento vertical.

Características das chuvas convectivas

Distribuição: localizada, com grande variabilidade espacial Intensidade: moderada a forte, dependendo do desenvolvimento vertical da nuvem Predominância: no período da tarde/início da noite Duração: curta a média (minutos a horas)

Lâmina precipitada

Duração da precipitação

Intensidade de precipitação

Período de retorno e freqüência de probabilidade

Distribuição espacial e temporal

Altura pluviométrica ou total precipitado.

“espessura média da lâmina de água precipitadaque recobriria a região atingida pela precipitaçãoadmitindo-se que essa água não se infiltrasse, nãose evaporasse, nem se escoasse para fora doslimites da região”.

Unidade – mm 1 mm = 1 L. m-2 = 10 m³ . ha-1

Período de tempo durante o qual a chuva cai.

Unidade – minuto ou hora

Lâmina total precipitada por unidade de tempo.

Unidade – mm/hora ou mm/minuto.

Apresenta grande variabilidade temporal, mas,para análise dos processos hidrológicos,geralmente são definidos intervalos de temponos quais é considerada constante.

t

Pip

P

t1 hora

P

t1 hora

Padrão Aleatório (Real)

Medida do Pluviômetro

i i

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Tempo de recorrência

número médio de anos durante o qual espera-se que a precipitação analisada seja igualadaou superada

Frequência – número de vezes quedeterminado evento é igualado ou superadoem um ano

Chuva crítica para Alegre ip >= 10 mm . h-1

Contagem média de chuvas superiores à chuva crítica ocorridas anualmente: 20 chuvas.

Frequência de chuvas iguais ou superiores à crítica (f):20 vezes/ano

Período de retorno da chuva crítica: 1/20 = 0,05 anos

A chuva igual ou superior à crítica ocorre, em média, a cada o,05 anos

Chuva crítica para Alegre ip >= 100 mm . h-1

Contagem chuvas superiores à chuva crítica ocorridas anualmente: nos últimos 30 anos ocorreram 5.

Frequência de chuvas iguais ou superiores à crítica (f):

Período de retorno (T) da chuva crítica:

Chuva crítica para Alegre ip >= 100 mm . h-1

Contagem chuvas superiores à chuva crítica ocorridas anualmente: nos últimos 30 anos ocorreram 5.

Freqüência de chuvas iguais ou superiores à crítica (F):5 vezes/30 anos = 0,17 vezes por ano

Período de retorno da chuva crítica: 1/0,17 = 6 anos A chuva igual ou superior à crítica ocorre, em média, a cada 6

anos É mais fácil exprimir (entender) a chuva em termos de

sua freqüência (F) ou de seu período de retorno (T)?

Espacial

Temporal

Influenciada por: Latitude; Distância do mar ou outras fontes de umidade; Altitude; Orientação das encostas; e Vegetação.

constitui-se numa dascaracterísticas inerentes àsprecipitações sendoinfluenciada pelo relevo.

representada pelas isoietas.

Não confundir com interpolação.

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Variabilidade Espacial das Chuvas

Na escala diária, a variabilidadeespacial depende dos sistemasmeteorológicos que atuam naregião. Esses sistemas são emsuma a resultante da interaçãodos fatores determinantes doclima nas três escalas estudadas.

As figuras mostram avariabilidade espacial das chuvasem três dias consecutivos.Observe as chuvas causadas porum sistema frontal avançando daArgentina para o Brasil.

são inerentes ao clima predominante nas diferentes regiões do planeta

representada por hietogramas

Variação Espacial e Temporal das Precipitações

Variabilidade Temporal das Chuvas no Brasil

Dependendo da região do país, as chuvas sedistribuem diferentemente ao longo do ano.Novamente, isso é conseqüência da interação dosdiversos fatores determinantes do clima. Em JoãoPessoa, PB, a estação chuvosa se concentra nomeio do ano, enquanto que em Brasília essa estaçãose dá entre o final e o início do ano. Por outro lado,em Bagé, RS, as chuvas se distribuem regularmenteao longo de todo o ano.

João Pessoa, PB

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

J F M A M J J A S O N D

Ch

uv

a (m

m/m

ês

)

Brasília, DF

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

J F M A M J J A S O N D

Ch

uva

(m

m/m

ês)

Bagé,RS

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

250,0

300,0

350,0

400,0

J F M A M J J A S O N D

Ch

uva

(m

m/m

ês)

Variabilidade Espacial e Temporal das Chuvas

A variabilidade espacial das chuvas na escala diária, gera tambéma variabilidade espacial na escala mensal, que por sua vez gera talvariabilidade na escala anual. Essa variabilidade ao longo dotempo é denominada variabilidade temporal.

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A aquisição de dados de chuva de boa qualidade é bastante difícil, apesar da medição e dos aparelhos serem simples.

É muito raro encontrar um série de dados confiável.

Basicamente existem duas maneiras de medir a chuva: pontualmente, com pluviômetros ou pluviógrafos; e

espacialmente, com radares.

INSTALAÇÃO:

- Existem várias normas de instalação, apesar das tentativas de homogeneização internacional realizadas pela OMM.

- A interceptação da chuva deve ser feita a uma altura média acima da superfície do solo entre 1 e 1,5 m.

- Aparelho deve ficar longe de qualquer obstáculo que possa prejudicar a medição.

- 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.

- Norma internacional: o acúmulo das precipitações em 24 horas, observadas antes do meio-dia, é atribuído ao dia anterior

Os pluviômetros são instrumentos normalmente operados em estações meteorológicas convencionais ou mini-estações termo-pluviométricas. O pluviômetro padrão utilizado na rede de postos do Brasil é o Ville de Paris (foto daesquerda). Outros tipos de pluviômetro (fotos do centro e da direita) são comercializados ao um custo menor e tempor finalidade monitorar as chuvas em propriedades agrícolas. Adurabilidade desses pluviômetros e sua precisão, emfunção da menor área de captação, são menores do que a dos pluviômetros padrões. A área de captação mínimarecomendável é de 100 cm2.

Ville de Paris (A = 400 cm2)KCCI (A = 176 cm2)

SR (A = 15 cm2)

Mede variação temporal da lâmina precipitada

Pluviógrafo

Os pluviógrafos são dotados de um sistema de registro diário, noqual um diagrama (pluviograma) é instalado. Ele registra a chuvaacumulada em 24h e o horário da chuva. São equipamentos usadosnas estações meteorológicas convencionais

O pluviograma acima mostra uma chuva ocorrida no dia11/03/1999, em que foi registrado cerca de 76mm em5h. A chuva se concentrou entre 20h do dia 10/03 e 1hdo dia 11/03. A intensidade máxima foi observada entre20:30 e 21:30, com cerca de 53mm/h.

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Tempo (horas)

Pre

cipi

taçõ

es (m

m)

Bertoni, J.C.; Tucci, C.E.M. Precipitação. In: Tucci, C.E.M. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: Ed. Universidade / ABRH, 2000. p.177-242.

Chevallier, P. Aquisição e processamento de dados. In: Tucci, C.E.M. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: Ed. Universidade / ABRH, 2000. p .485-526.

Clarke, R.T. Hidrologia estatística. In: Tucci, C.E.M. Hidrologia: ciência e aplicação. Porto Alegre: Ed. Universidade / ABRH, 2000. p .659-702.

Freitas, A.J. et al. Equações de chuvas intensas no Estado de Minas Gerais. Belo Horizonte: COPASA, 2001. 65p.

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Lima, W.P. Hidrologia florestal aplicada ao manejo de bacias hidrográficas. Piracicaba: ESALq, 2008. 245p.

Pereira, A.R.; Angelocci, L.R.; Sentelhas, P.C. Agrometeorologia: fundamentos e aplicações práticas. Porto Alegre: Agropecuária, 2002. 478p.

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