hidrologia física bacia hidrográfica prof. benedito c. silva irn / unifei

Hidrologia Física

Bacia Hidrográfica

Prof. Benedito C. SilvaIRN / UNIFEI

Bacia 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 bacia

Diferenciar áreas que contribuem para um ponto

Fontes de dados de topografia

Seção de referência, ou

exutório

Divisor não corta drenagem

exceto no exutório.

Divisor passa pela região mais

elevada da bacia, mas não

necessariamente pelos pontos

mais 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

13

2

4Sub4

Sub3

Sub2

Sub1

represa

saída

vários níveis de subdivisão da bacia

saída

Discretização em Sub-bacias

Divisor de águas

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

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

ser gerado potencialmente na bacia

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

Área da Bacia Hidrográfica

Comprimento

Comprimento da bacia

Comprimento do rio principal

ComprimentoOs comprimentos da bacia e do

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

Ordenamento dos canais

• Trata-se de uma hierarquização dos canais fluviais

• Cada linha de drenagem pode ser categorizada de acordo com sua posição (ordem ou magnitude) dentro da bacia

• A ordenação pode ser utilizada para descrever a linha de drenagem e dividir a rede de drenagem em partes que podem ser quantificadas e comparadas

Ordenamento dos canais

• Strahler linhas de 2ª ordem são formadas pela junção de 2 linhas de 1ª ordem, as linhas de 3ª ordem são formadas pela junção de 2 linhas de 2ª ordem e assim sucessivamente as linhas de 3ª ordem, por exemplo, podem também receber um canal de 1ª ordem

• como fazer a ordenação?

• linhas de drenagem que não possuem nenhum tributário são designadas como linhas de 1ª ordem

• A ordem ou magnitude das demais linhas de drenagem depende do método utilizado Horton, Strahler e Shreve

Strahler (1945)

Ordenamento dos canais

http://www.dpi.inpe.br/cursos/tutoriais/modelagem/cap2_modelos_hidrologicos.pdf

• Shreve magnitudes somadas todas as vezes que há a junção de duas linhas de drenagem exemplo quando 2 linhas de 2ª ordem se unem, o trecho a jusante recebe a designação de 4ª ordem• Algumas ordens podem não existir.

Ordenamento dos canais

• Horton canais de 2ª ordem têm apenas afluentes de 1ª ordem. Canais de 3ª ordem têm afluência de canais de 2ª ordem, podendo também receber diretamente canais de 1ª ordem canais de ordem u pode ter tributários de ordem u-1 até 1.

• Isto implica atribuir a maior ordem ao rio principal, valendo esta designação em todo o seu comprimento, do exutório à nascente

Shreve

http://www.dpi.inpe.br/cursos/tutoriais/modelagem/cap2_modelos_hidrologicos.pdf

Ordenamento dos canais

HortonOrdenamento dos canais

1

1

• como decidir qual é o rio principal numa confluência?

Partindo da jusante da confluência, estender a linha do curso d’água para montante, para além da bifurcação, seguindo a mesma direção. O canal confluente que apresentar maior ângulo é o de ordem menorAmbos com mesmo ângulo rio de menor extensão é o de ordem mais baixa

2

1

22

2

1

1

1

1

11

1

1

2

2

2 2

2

33

3

22

233

3 3

4

44

4

22

2

4

4

4

2

HortonOrdenamento dos canais

1

1

1

22

1

1

1

1

11

1

1

2

22

2

3

3

3

22

4

4

4

34

22

2

4

4

4

2

DeclividadeDiferença 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 km

Declividade = 0,04 m/m ou 40 m por km

Declividade no rio

• Comprimento do rio principal (L): para cada bacia existe um rio principal. Define-se o rio principal de uma bacia hidrográfica como aquele que drena a maior área no interior da bacia. A medição do comprimento do rio pode ser realizada por curvímetro ou por geoprocessamento;

Declividade média do rio (Sm) : L

SlS

n

1iii

m

0,75L

H(0,10L)H(0,85L)Sm

• Declividade equivalente do rio (Se) :

2

n

1i

1/2-ii

e

Sl

LS

Perfil longitudinal

Perfil típico:

alto médio baixo

Distância ao longo do rio principal

Alt

itud

e do

leit

o

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

Curva hipsométricaDescrição da relação entre área

de contribuição e altitude.

Altitude (m)

350

890

Fração da

área0 0,25 0,5 0,75 1,0

Curva Hipsométrica

Curva Hipsométrica

670

690

710

730

750

770

790

810

830

850

870

890

910

930

950

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100%

Curva Hipsométrica

Índice de conformação ou fator de forma

L

I = A / L2

I alto: cheias mais rápidas

I baixo: cheias mais lentas

Índice 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 mesma

coisa que o fator de forma

ExemplosAlongadas

São Francisco

Outras: Tietê, Paranapanema, Tocantins

ExemplosCircular

Rio Itajaí SC

Tempo de viagem = 2 min

Tempo de viagem = 15 min

Tempo de escoamento

15 minutos

Q

P

tempo

Chuva de curta duração

• Tempo necessário para que a água precipitada no ponto mais distante da bacia escoe até o ponto de controle, exutório ou local de medição.

• Relação com: Comprimento da bacia (área da

bacia) Forma da bacia Declividade da bacia Alterações antrópicas Vazão (para simplificar não se

considera)

Tempo de concentração

•Como estimar?•Relação com comprimento do rio•Relação com a declividade

• Fórmulas empíricas para tempo de concentração

tc em minutosL em kmh em m

• Kirpich 0,3853

Δh

L57tc

Tempo de concentração

A4,54tc

• Ventura para regiões planas

A em km2

• Ventura para regiões em declives

I

A4,54tc

A em km2

I em m/km

• Passini para regiões planas

IA345,6tc

Cobertura vegetalFlorestas: maior interceptação;

maior profundidade de raízes.Maior interceptação =

escoamento demora mais a ocorrer

Maior profundidade de raízes = água consumida pela evapotranspiração pode ser retirada de maiores profundidades do solo

Uso 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 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 solosSolos arenosos = menos

escoamento superficialSolos argilosos = mais

escoamento superficial Solos rasos = mais escoamento

superficialSolos profundos = menos

escoamento superficial

GeologiaRochas 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 BaciaVertentes

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

subterrâneo

Rede de drenagem◦Escoamento superficial◦Canais bem definidos

Rede de drenagem

Densidade da rede de drenagem◦ Controlada pela Geologia e pelo

Clima

Forma da rede de drenagem Controlada pela

geologia

Forma da rede de Drenagem

Forma da rede de Drenagem

Forma da rede de Drenagem

Bacias 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 computador

Isolinhas = curvas de nívelMatriciais = modelos digitais de

elevação (MDE)TIN = Triangular irregular

network

Exemplo de MDE: SRTM

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

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

Rede de drenagem e sub-bacias