hidrologia ciclo hidrológico benedito c. silva irn / unifei

HidrologiaHidrologia

Ciclo HidrológicoCiclo HidrológicoBenedito C. SilvaIRN / UNIFEI

Ciclo hidrológicoCiclo hidrológicoFenômeno global de circulação fechada da

água entre a superfície terrestre e a atmosfera, impulsionado pela energia solar associada à gravidade e à rotação terrestre.

Um pouco de históriaUm pouco de história Rei Salomão 1000 anos AC (segundo

Bíblia): All rivers flow into the sea, yet the sea is never

full. To the place the streams come from, there they return again.

Gregos: Primeiros registros de pensamentos sobre a origem das águas dos rios (500 AC)

Gregos: Água dos rios é a água do mar que vem das profundezas da terra.

Romanos: Muitas obras hidráulicas mas continuam adotando o pensamento grego sobre o ciclo hidrológico

Possível causa: clima da região do mediterrâneo. Idade média: Idéias dos gregos perduraram

até +/- século XVI Renascimento: papel fundamental da

chuva!!

Bernard PalissyBernard Palissy• Livro (1580) em forma de

diálogo entre dois personagens: “Teoria” e “Prática”

• “Teoria” argumentava em favor da idéia dos gregos

• “Prática” argumentava com base na observação, dizendo que a água dos rios vinha da chuva e do derretimento da neve

Depois de PalissyDepois de PalissyAinda apoiando as idéias erradas dos

gregos: Kepler; DescartesO ciclo hidrológico começou a ficar

mais claro durante os séculos XVII e XVIII, com o advento da ciência experimental, e das medições.

Muitos aspectos ainda permanecem obscuros: papel das florestas; CO2; aerossóis; interação oceanos e atmosfera

Fases do ciclo hidrológicoFases do ciclo hidrológico

Bacia Bacia HidrográficaHidrográfica

Bacia HidrográficaBacia HidrográficaUma região em que a chuva ocorrida em

qualquer ponto drena para a mesma seção transversal do curso-d’água.

Área de captação natural das precipitações, que faz convergir os escoamentos para um único ponto de saída: o exutório.

Para definir uma bacia:◦ Curso d’água◦ Seção transversal de referência (exutório)◦ Informações de topografia

Definição de baciaDefinição de baciaDiferenciar áreas que

contribuem para um ponto

Fontes de dados de topografia

Seção de referência, ou

exutório

Divisor não corta drenagemexceto no exutório.

Divisor passa pela região mais elevada da bacia, mas não necessariamente pelos pontosmais altos.

Bacias hidrográficas são compostas por sub-bacias hidrograficas. Cada sub-bacia é uma bacia hidrográfica que pode ser subdividida em sub-bacias, etc.

A bacia do rib. José Pereira é uma sub-bacia do rio Sapucaí, que por sua vez é uma sub-bacia do rio Grande, que ...

Sub - bacia

Divisor de águasDivisor de águas

Características da bacia Características da bacia hidrográficahidrográficaÁrea de drenagemComprimentoDeclividadeCurva hipsométricaFormaCobertura vegetal e uso do solo……

Área da bacia hidrográficaÁrea da bacia hidrográficaCaracterística mais importante da baciaReflete o volume total de água que pode

ser gerado potencialmente na bacia Bacia impermeável e chuva constante: Q = P . A Se A = 60 km2 (60 milhões de m2) e P = 10 mm/hora (2,7 . 10-6 m/s) Q = 166 m3/s

Área da bacia Área da bacia hidrográficahidrográficaUma vez definidos

os contornos (divisor), a área pode ser calculada por uma integral numérica (SIG) ou por métodos manuais (planímetro, contagem, pesagem).

ComprimentoComprimento

Comprimento da baciaComprimento do rio principal

ComprimentoComprimento

Comprimento da bacia

Comprimento do rio principal

ComprimentoComprimentoOs comprimentos da bacia e do

rio principal são importantes para a estimativa do tempo que a água leva para percorrer a bacia.

DeclividadeDeclividadeDiferença de altitude entre o

início e o fim da drenagem dividida pelo comprimento da drenagem.

Tem relação com a velocidade com a qual ocorre o escoamento.

Ponto mais alto: 300 m

Ponto mais baixo: 20 m

Comprimento drenagem = 7 kmDeclividade = 0,04 m/m ou 40 m por km

Perfil longitudinalPerfil longitudinal

Perfil típico:

alto médio baixo

Distância ao longo do rio principal

Alti

tude

do

leito

Valores típicos:Baixa declividade: alguns cm por kmAlta declividade: alguns m por km

Curva hipsométricaCurva hipsométricaDescrição da relação entre área

de contribuição e altitude.

Altitude (m)

350

890

Fração daárea0 0,25 0,5 0,75 1,0

Índice de conformação ou fator Índice de conformação ou fator de formade forma

L

I = A / L2

I alto: cheias mais rápidasI baixo: cheias mais lentas

Índice de compacidadeÍndice de compacidade

Relação entre o perímetro da bacia e o perímetro que a bacia teria se fosse circular

K = 0,28 P / A0.5

mede mais ou menos a mesmacoisa que o fator de forma

ExemplosExemplos Alongadas

São Francisco

Outras: Tietê, Paranapanema, Tocantins

ExemplosExemplos Circular

Taquari Antas RSRio Itajaí SC

Cobertura vegetalCobertura vegetalFlorestas: maior interceptação;

maior profundidade de raízes.Maior interceptação = escoamento

demora mais a ocorrerMaior profundidade de raízes =

água consumida pela evapotranspiração pode ser retirada de maiores profundidades do solo

Uso do soloUso do soloSubstituição de floresta por

pastagem/lavouraUrbanização: telhados, ruas, passeios,

estacionamentos e até pátios de casasModificação dos caminhos da água

Aumento da velocidade do escoamento (leito natural rugoso x leito artificial com revestimento liso)

Encurtamento das distâncias até a rede de drenagem (exemplo: telhado com calha)

Uso do soloUso do soloAgricultura = compactação do

solo Redução da quantidade de matéria

orgânica no solo Porosidade diminui Capacidade de infiltração diminui Raízes mais superficiais: Consumo de

água das plantas diminui

Tipos de solosTipos de solosSolos arenosos = menos

escoamento superficialSolos argilosos = mais

escoamento superficial Solos rasos = mais escoamento

superficialSolos profundos = menos

escoamento superficial

GeologiaGeologiaRochas do sub-solo afetam o

comportamento da bacia hidrográficaRochas porosas tem a propriedade de

armazenar grandes quantidades de água (rochas sedimentares – arenito)

Rochas magmáticas tem pouca porosidade e armazenam pouca água, exceto quando são muito fraturadas.

Bacias com depósitos calcáreos tem grandes cavidades no sub-solo onde a água é armazenada.

Partes da BaciaPartes da BaciaVertentes

◦Escoamento superficial difuso◦Não há canais definidos◦Escoamento sub-superficial e

subterrâneo

Rede de drenagem◦Escoamento superficial◦Canais bem definidos

Rede de drenagemRede de drenagemDensidade da rede de drenagem

◦ Controlada pela Geologia e pelo Clima

Forma da rede de drenagem Controlada pela

geologia

Bacias hidrográficas e SIGBacias hidrográficas e SIGSIG são Sistemas de Informação

GeográficaEquivalem a sistemas CAD para a

hidrologiaAlém de CAD são bancos de

dados e permitem análises dos dados

Representações do relevo no Representações do relevo no computadorcomputador

Isolinhas = curvas de nívelMatriciais = modelos digitais de

elevação (MDE)TIN = Triangular irregular network

Exemplo de MDE: SRTM

O que pode ser obtido do O que pode ser obtido do MDEMDEDireção de escoamentoRios principais (rede de

drenagem)Definição de bacias e sub-baciasÁrea das baciasDeclividade das baciasEtc.

Rede de drenagem e sub-Rede de drenagem e sub-baciasbacias