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TICIANA M CARVALHO STUDART
2006
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RODUCcedilAtildeO Agrave HIDROLOGIA
a toa que o Planeta Terra eacute chamado de ldquoo Planeta Azulrdquo - dois terccedilos de sua superfiacutecie satildeo
os pela aacutegua de mares e oceanos (Figura 11) Na realidade existe aacutegua em praticamente todo
sobre a superfiacutecie terrestre na forma de rios lagos mares e oceanos sob a superfiacutecie
tre na forma de aacutegua subterracircnea e umidade do solo e na atmosfera na forma de vapor
A aacutegua em certos locais pode ocorrer de forma quase ilimitada como nos oceanos ou em
idades praticamente nulas como nos desertos
Figura 11 ndash Planeta Terra
r da maior parte da aacutegua do Planeta em qualquer momento estar contida nos oceanos a
a estaacute em contiacutenuo movimento em um ciclo cuja fonte principal de energia eacute o sol e cuja
al forccedila atuante eacute a gravidade A esta transferecircncia ininterrupta da aacutegua do oceano para o
ente e do continente para o oceano (Figura 12) daacute-se o nome de Ciclo Hidroloacutegico
Ticiana Studart e Nilson Campos
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INTRODUCcedilAtildeO Agrave HIDROLOGIA
Natildeo eacute a toa que o Planeta Terra eacute chamado de ldquoo Planeta Azulrdquo - dois terccedilos de sua superfiacutecie satildeo cobertos pela aacutegua de mares e oceanos (Figura 11) Na realidade existe aacutegua em praticamente todo lugar sobre a superfiacutecie terrestre na forma de rios lagos mares e oceanos sob a superfiacutecie terrestre na forma de aacutegua subterracircnea e umidade do solo e na atmosfera na forma de vapor drsquoaacutegua A aacutegua em certos locais pode ocorrer de forma quase ilimitada como nos oceanos ou em quantidades praticamente nulas como nos desertos
Figura 11 ndash Planeta Terra
Apesar da maior parte da aacutegua do Planeta em qualquer momento estar contida nos oceanos a mesma estaacute em contiacutenuo movimento em um ciclo cuja fonte principal de energia eacute o sol e cuja principal forccedila atuante eacute a gravidade A esta transferecircncia ininterrupta da aacutegua do oceano para o continente e do continente para o oceano (Figura 12) daacute-se o nome de Ciclo Hidroloacutegico
OCEANOS CONTINENTE
CICLO HIDROLOacuteGICO
Figura 12 ndash Transferecircncia da aacutegua oceano x continente
11 Etimologia e definiccedilatildeo de Hidrologia
A palavra HIDROLOGIA eacute originada das palavras gregas HYDOR que significa ldquoaacuteguardquo e LOGOS que significa ldquociecircnciardquo Hidrologia eacute pois a ciecircncia que estuda a aacutegua
Definiccedilatildeo 1 Hidrologia eacute a ciecircncia que trata da aacutegua na Terra sua ocorrecircncia circulaccedilatildeo e distribuiccedilatildeo suas propriedades fiacutesicas e quiacutemicas e sua reaccedilatildeo com o meio ambiente incluindo sua relaccedilatildeo com as formas vivas relacionada com toda a aacutegua da Terra sua ocorrecircncia distribuiccedilatildeo e circulaccedilatildeo suas propriedades fiacutesicas e quiacutemicas seu efeito sobre o meio ambiente e sobre todas as formas da vida (Definiccedilatildeo proposta pelo US Federal Council for Sciences and Technology (Chow 1959))
Por ser muito ampla eacute difiacutecil pensar numa ciecircncia que natildeo esteja incluiacuteda nesta definiccedilatildeo A Botacircnica ao estudar o transporte de aacutegua atraveacutes dos vegetais ou a Medicina ao estudar a aacutegua no corpo humano fariam parte da Hidrologia Na praacutetica a definiccedilatildeo de Hidrologia eacute
Definiccedilatildeo 2 A Hidrologia estuda as fases do ciclo hidroloacutegico descrevendo seu passado tentando prever seu futuro
2 CICLO HIDROLOacuteGICO
A aacutegua diferencia-se dos demais recursos naturais pela notaacutevel propriedade de renovar-se continuamente graccedilas ao ciclo hidroloacutegico Embora o movimento ciacuteclico da aacutegua natildeo tenha princiacutepio nem fim costuma-se iniciar seu estudo descritivo pela evaporaccedilatildeo da aacutegua dos oceanos seguida de sua precipitaccedilatildeo sobre a superfiacutecie que coletada pelos cursos drsquo aacutegua retorna ao local de partida
A descriccedilatildeo acima simplifica sobremaneira o processo que realmente ocorre (Figura 13) uma vez que natildeo estatildeo computadas as eventuais interrupccedilotildees que podem ocorrer em vaacuterios estaacutegios (Ex precipitaccedilatildeo sobre o oceano) e a iacutentima dependecircncia das intensidade e frequumlecircncia do ciclo hidroloacutegico com a geografia e o clima local
Figura 13 ndash Ciclo Hidroloacutegico (Fonte Dnaee)
Alguns toacutepicos podem ser destacados
1 O sol constitui-se na fonte de energia para a realizaccedilatildeo do ciclo O calor por ele liberado atua sobre a superfiacutecie dos oceanos rios e lagos estimulando a conversatildeo da aacutegua do estado liacutequido para gasoso
2 A ascensatildeo do vapor drsquo aacutegua conduz agrave formaccedilatildeo de nuvens que podem se deslocar sob a accedilatildeo do vento para regiotildees continentais
3 Sob condiccedilotildees favoraacuteveis a aacutegua condensada nas nuvens precipita (sob forma de neve granizo ou chuva)(1) podendo ser dispersada de vaacuterias formas
middot Retenccedilatildeo temporaacuteria ao solo proacuteximo de onde caiu
middot Escoamento sobre a superfiacutecie do solo ou atraveacutes do solo para os rios
middot Penetraccedilatildeo no solo profundo
4 Atingindo os veios drsquo aacutegua a aacutegua prossegue seu caminho de volta ao oceano completando o ciclo
5 As depressotildees superficiais porventura existentes reteacutem a aacutegua precipitada temporariamente Essa aacutegua poderaacute retornar para compor fases seguintes do ciclo pela evaporaccedilatildeo e transpiraccedilatildeo da plantas
6 Os escoamentos superficial e subterracircneo decorrem da accedilatildeo da gravidade podendo parte desta aacutegua ser evaporada ou infiltrada antes de atingir o curso drsquo aacutegua
7 Atingindo os veios drsquoaacutegua a aacutegua prossegue seu caminho de volta ao oceano completando o ciclo
8 A evaporaccedilatildeo acompanha o ciclo hidroloacutegico em quase todas as suas fases seja durante a precipitaccedilatildeo seja durante o escoamento superficial
Dotado de certa aleatoriedade temporal e espacial o ciclo hidroloacutegico configura processos bem mais complexos que os acima descritos Uma vez que as etapas precedentes agrave precipitaccedilatildeo estatildeo dentro do escopo da meteorologia compete ao hidroacutelogo conhecer principalmente as fases do ciclo que se processam sobre a superfiacutecie terrestre quais sejam precipitaccedilatildeo evaporaccedilatildeo e transpiraccedilatildeo escoamento superficial e escoamento subterracircneo
3 UM POUCO DA HISTOacuteRIA DA HIDROLOGIA
Os mais antigos trabalhos de drenagem e irrigaccedilatildeo em larga escala satildeo atribuiacutedos ao Faraoacute Meneacutes fundador da primeira dinastia egiacutepcia que barrou o rio Nilo proacuteximo a Mecircnphis com uma barragem de 15m e extensatildeo de aproximadamente 500 metros para alimentar o canal de irrigaccedilatildeo
Tambeacutem no Egito encontram-se os primeiros registros sistemaacuteticos de niacuteveis de enchentes Estes registros datam de 3500 aC e indicavam aos agricultores a eacutepoca oportuna de romper os diques para inundar e fertilizar as terras agricultaacuteveis Nota-se que aos egiacutepcios pouco importava o estudo da Hidrologia como ciecircncia e sim A sua utilizaccedilatildeo
Muitos conceitos errocircneos e falhas de compreensatildeo atravessaram o desenvolvimento da engenharia no seu sentido atual Os gregos foram os primeiros filoacutesofos que estudaram seriamente a Hidrologia com Aristoacuteteles sugerindo que os rios eram alimentados pelas chuvas Sua maior dificuldade eram explicar a origem da aacutegua subterracircnea Somente na eacutepoca de Leonardo da Vinci (por volta de 1500 dC)a ideacuteia da alimentaccedilatildeo dos rios pela precipitaccedilatildeo comeccedilou a ser aceita No entanto foi apenas no ano de 1694 que Perrault atraveacutes de medidas pluviomeacutetricas na bacia do rio Sena demonstrou quantitativamente que o volume precipitado ao longo do ano era suficiente para manter o volume escoado
O astrocircnomo inglecircs Halley em 1693 provou que a evaporaccedilatildeo da aacutegua do mar era suficiente para responder por todas as nascentes e fluxos drsquoaacutegua Mariotte 1em 1686 mediu a velocidade do rio Sena Estes primeiros conhecimentos de Hidrologia permitiram inuacutemros avanccedilos no Seacuteculo XVIII incluindo o teorema de Bernoulli o Tubo Pitot e a Foacutermula de Chegravezy que formam a base da Hidraacuteulica e da Mecacircnica dos Fluidos
Durante o Seacuteculo XIX foram feitos significantes avanccedilos na teoria da aacutegua subterracircnea incluindo a Lei de Darcy No que se refere agrave Hidrologia de aacuteguas superficiais muitas foacutermulas e instrumentos de mediccedilatildeo foram criados
Chow (1954) chamou o periacuteodo compreendido entre 1900 e 1930 ficou conhecido como o Periacuteodo do Empirismo O periacuteodo de 1930 a 1950 seria o Periacuteodo da Racionalizaccedilatildeo Datam desta eacutepoca o Hidrograma Unitaacuterio de Sherman (1932) e a Teoria da Infiltraccedilatildeo de Horton (1933) Entre 1940 a 1950 foram feitos significantes avanccedilos no entendimento do processo de evaporaccedilatildeo Em 1958 Gumbel llanccedila as bases da moderna hidrologia estocaacutestica A partir da deacutecada de 70 a Hidrologia passa a contar com o avanccedilos computacionais o que levaram ao desenvolvimento de muitos modelos de simulaccedilatildeo
4 DISPONIBILIDADES HIacuteDRICAS MUNDIAIS
Segundo Lvovich (apud Raudikivi 1979) a ordem de grandeza e a distribuiccedilatildeo das disponibilidades hiacutedricas no mundo satildeo as mostradas na Tabela 11
Tabela 11 ndash Distribuiccedilatildeo das disponibilidades hiacutedricas no mundo
Fonte Raudikivi (1979)
Deste total cerca de 94 eacute de aacutegua salgada e apenas 6 de aacutegua doce Desconsiderando a quantidade de aacutegua doce sob forma de geleiras aacuteguas subterracircneas e umidade atmosfeacuterica iacutenfimos 00161 do total da aacutegua do Planeta estatildeo disponiacuteveis em rios e lagos (Figura 14) os quais natildeo se encontram equumlitativamente distribuiacutedos sobre todo o Planeta
Figura 14 ndash Aacutegua doce disponiacutevel em lagos e rios
Para se dar uma pequena ideacuteia da maacute distribuiccedilatildeo espacial da aacutegua cita-se o exemplo do Brasil que possui cerca de 12 das reservas hiacutedricas superficiais do mundo mas com aproximadamente 65 destes recursos concentrados na Amazocircnia
Questotildees a se pensar1 Por que se preocupar com as vaacuterias fases do ciclo hidroloacutegico2 Se o estudo da Hidrologia natildeo era importante haacute 30-40 anos atraacutes por que o deveria ser hoje 3 Se essa quantidade de aacutegua doce nunca foi motivo de grandes preocupaccedilotildees por que o seria agora
5 A aacutegua e o desenvolvimento
A aacutegua sempre desempenhou um papel fundamental na histoacuteria da humanidade O surgimentodas cidades sempre se deu ao longo os rios Entretanto natildeo se tinha a percepccedilatildeo da importacircncia da aacutegua como hoje uma vez que sua qualidade e quantidade eram adequadas agraves necessidades da eacutepoca ndash abastecimento diluiccedilatildeo de dejetos pesca geraccedilatildeo de energia entre outros Como as fontes hiacutedricas natildeo eram desenvolvidas no limite de sua possibilidades havia pouco interesse em se obter dados e conhecimento a respeito de suas capacidades maacuteximas e assim a Hidrologia como ciecircncia pouco se desenvolveu
Hoje o cenaacuterio eacute outro Segundo a Organizaccedilatildeo das Naccedilotildees Unidas (ONU) o consumo mundial de aacutegua doce dobrou nos uacuteltimos 50 anos e corresponde atualmente agrave metade de todos os recursos hiacutedricos acessiacuteveis Explorar tais recursos foi o motor do desenvolvimento econocircmico de muitos paiacuteses sobretudo na agricultura abastecimento humano e animal geraccedilatildeo de energia induacutestria e transporte Poreacutem a competiccedilatildeo por aacutegua entre tais setores vem degradando as fontes naturais das quais o mundo depende O ciclo natural da aacutegua tem sido interrompido ou alterado em regiotildees muito artificializadas como as megacidades
Eacute consenso geral que a gestatildeo das aacuteguas eacute uma necessidade E assim a Hidrologia ressurge hoje como ferramenta indispensaacutevel para tal fim uma vez eacute a ciecircncia que trata do entendimento dos processos naturais que datildeo base aos projetos de suprimento de aacutegua Soacute ela pode avaliar como e quanto o ciclo hidroloacutegico pode ser modificado pelas atividades humanas
No passado jaacute existiam estes sinais de desconhecimento da Hidrologia mas os mesmos soacute afetavam pequenas parcelas da populaccedilatildeo e tinham pouca divulgaccedilatildeo Isto tem mudado significativamente nos uacuteltimos 30 anos Hoje jaacute se tem o entendimento que a prosperidade e a sobrevivecircncia da humanidade eacute funccedilatildeo da disponibilidade de aacutegua doce e potaacutevel e que a cada ano nascem mais alguns milhotildees de consumidores e natildeo eacute criada sequer uma gota drsquoaacutegua a mais no Planeta
Os muacuteltiplos usos e usuaacuterios disputando um mesmo litro de aacutegua e a perspectiva de demandas ainda maiores no futuro indicam que mais e mais profissionais ndash e natildeo somente o engenheiro ndash necessitam ter conhecimentos de Hidrologia Somente assim os tomadores de decisatildeo poderatildeo avaliar as vantagens e desvantagens de cada alteraccedilatildeo proposta no ciclo hidroloacutegico
Exemplos da falta de conhecimentos de Hidrologia na sociedade moderna1 Construccedilatildeo nas planiacutecies aluviais de rios2 Reservatoacuterios superdimensionados 3 Problemas de drenagem urbana4 Construccedilatildeo e reservatoacuterios pouco profundos em regiotildees com altas taxas de evaporaccedilatildeo5 Perfuraccedilatildeo de poccedilos secos em regiotildees cristalinas 6 Problemas de salinizaccedilatildeo de solos em projetos de irrigaccedilatildeo em regiotildees aacuteridas e semi-aacuteridas
Exemplo concreto 1 o Accedilude Cedro ndash Ce O Accedilude Cedro foi construiacutedo em 1906 no municiacutepio de Quixadaacute Cearaacute Exemplo claacutessico de falta de conhecimento hidroloacutegico o reservatoacuterio foi superdimensionado construiacutedo com capacidade de acumulaccedilatildeo equivalente a seis vezes seu volume afluente anual Tendo sangrado pouquiacutessimas vezes desde sua construccedilatildeo a Figura 15 mostra uma das ocasiotildees em que esvaziou totalmente em 2001 Figura 15 - Accedilude Cedro ndash Ce (vazio em novembro de 2001)
Exemplo concreto 2 Inundaccedilatildeo em Fortaleza Ce
A Figura 16 mostra um problema de drenagem urbana caracteriacutesticos das grandes cidades no caso Fortaleza Ce
Figura 16--Enchente em Fortaleza Ce em 1997
6 APLICACcedilOtildeES DA HIDROLOGIA Agrave ENGENHARIA
A Hidrologia natildeo eacute uma ciecircncia pura uma vez que o objeto de estudo eacute usualmente dirigido para aplicaccedilotildees praacuteticas sendo assim o termo ldquoHidrologia Aplicadardquo eacute frequumlentemente utilizado Eis algumas das aplicaccedilotildees da hidrologia
middot Escolha de fontes de abastecimento de aacutegua
middot Subterracircnea - locaccedilatildeo do poccedilo e capacidade de bombeamento
middot Superficial ndash locaccedilatildeo da barragem estimativa da vazatildeo afluente e da vazatildeo a ser regularizada dimensionamento do reservatoacuterio e do sangradouro
middot Drenagem urbana ndash dimensionamento de bueiros
middot Drenagem de rodovias ndash dimensionamento de pontes e pontilhotildees
middot Irrigaccedilatildeo ndash fonte de abastecimento estimativa da evapotranspiraccedilatildeo da cultura
middot Controle de enchentes ndash dragagem do leito do rio construccedilatildeo de reservatoacuterios de controle de cheias
Exemplo concreto 1 cheias e secas no rio Capibaribe
A Bacia do rio Capibaribe Pernambuco tem sua histoacuteria intimamente ligada a episoacutedios de cheias catastroacuteficas notadamente na Regiatildeo Metropolitana de Recife Entretanto nos uacuteltimos anos a cidade vem sendo atingida por uma grave crise no abastecimento drsquoaacutegua sendo obrigatoacuterio o uso extensivo de carros-pipa Os quatro maiores accediludes da bacia ndash Jucazinho Carpina Goitaacute e Tapacuraacute representam cerca de 91 do total acumulado nos accediludes mais importantes da bacia e satildeo utilizados tanto para controle de cheias como para o abastecimento A operaccedilatildeo de reservatoacuterios com muacuteltiplas finalidades eacute feita tradicionalmente com a divisatildeo do volume total armazenaacutevel em zonas para o atendimento de seus diferentes objetivos Na praacutetica a divisatildeo consiste em se alocar volumes de reserva para as respectivas finalidades Objetivos diametralmente conflitantes como controle de cheias ndash que requer que a parte do volume destinada a este fim permaneccedila seca para que a cheia possa assim ser contida ndash e conservaccedilatildeo ndash que precisa que a aacutegua seja efetivamente armazenada para usos futuros em irrigaccedilatildeo e abastecimento municipal e industrial ndash natildeo satildeo faacuteceis de conciliar
As figuras 17 e 18 mostram respectivamente um esquema da bacia hidrograacutefica do rio Capibaribe com seus barramentos construiacutedos ao longo de seu leito e Recife em um episoacutedio de inundaccedilatildeo
Figura 17 -- Bacia hidrograacutefica do rio Capibaribe (Pe) e seus barramentos
Figura 16--Enchente em Recife Pe
7 RELACcedilAtildeO DA HIDROLOGIA COM OUTRAS CIEcircNCIAS
Devido a natureza complexa do ciclo hidroloacutegico e suas relaccedilotildees com os padrotildees climaacuteticos tipos de solos topografia e geologia as fronteiras entre a hidrologia e as outras ciecircncias da terra tais como meteorologia geologia ecologia e oceanografia natildeo satildeo muito distintas Na realidade tais ciecircncias tambeacutem podem ser consideradas ramos da hidrologia
middot Meteorologia e Hidrometeorologia ndash estudo da aacutegua atmosfeacuterica
middot Oceanografia ndash estudo dos oceanos
middot Hidrografia ndash estudo das aacuteguas superficiais
middot Potamologia ndash estudo dos rios
middot Limnologia ndash estudo dos lagos e reservatoacuterios
middot Hidrogeologia ndash estudo das aacuteguas subterracircneas
Sendo assim poucos problemas hidroloacutegicos podem ficar limitados a apenas um desses ramos Frequumlentemente devido a grande inter-relaccedilotildees do fenocircmeno a soluccedilatildeo do problema soacute pode ser dada atraveacutes de uma discussatildeo interdisciplinar com profissionais de um ou mais desses ramos Muitas outras ciecircncias podem ainda ser utilizadas na Hidrologia tais como fiacutesica quiacutemica geologia geografia mecacircnica dos fluidos estatiacutestica economia computaccedilatildeo direito etc
Capiacutetulo13
1 13
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Hidrologia Aplicada13
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(1) Quando a precipitaccedilatildeo se daacute sob forma de neve ou granizo a retenccedilatildeo no solo eacute mais demorada ateacute que ali se processe a fusatildeo13
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Ticiana Studart e Nilson Campos
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Ticiana Studart e Nilson Campos
2Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
OCEANOS CONTINENTE
CICLO HIDROLOacuteGICO
Figura 12 ndash Transferecircncia da aacutegua oceano x continente
11 Etimologia e definiccedilatildeo de Hidrologia
A palavra HIDROLOGIA eacute originada das palavras gregas HYDOR que significa ldquoaacuteguardquo e LOGOS que
significa ldquociecircnciardquo Hidrologia eacute pois a ciecircncia que estuda a aacutegua
Definiccedilatildeo 1 Hidrologia eacute a ciecircncia que trata da aacutegua na Terra sua ocorrecircncia circulaccedilatildeo e
distribuiccedilatildeo suas propriedades fiacutesicas e quiacutemicas e sua reaccedilatildeo com o meio ambiente incluindo
sua relaccedilatildeo com as formas vivas relacionada com toda a aacutegua da Terra sua ocorrecircncia
distribuiccedilatildeo e circulaccedilatildeo suas propriedades fiacutesicas e quiacutemicas seu efeito sobre o meio ambiente
e sobre todas as formas da vida (Definiccedilatildeo proposta pelo US Federal Council for Sciences and
Technology (Chow 1959))
Por ser muito ampla eacute difiacutecil pensar numa ciecircncia que natildeo esteja incluiacuteda nesta definiccedilatildeo A Botacircnica
ao estudar o transporte de aacutegua atraveacutes dos vegetais ou a Medicina ao estudar a aacutegua no corpo
humano fariam parte da Hidrologia Na praacutetica a definiccedilatildeo de Hidrologia eacute
Definiccedilatildeo 2 A Hidrologia estuda as fases do ciclo hidroloacutegico descrevendo seu passado
tentando prever seu futuro
2 CICLO HIDROLOacuteGICO
A aacutegua diferencia-se dos demais recursos naturais pela notaacutevel propriedade de renovar-se
continuamente graccedilas ao ciclo hidroloacutegico Embora o movimento ciacuteclico da aacutegua natildeo tenha princiacutepio
nem fim costuma-se iniciar seu estudo descritivo pela evaporaccedilatildeo da aacutegua dos oceanos seguida de
sua precipitaccedilatildeo sobre a superfiacutecie que coletada pelos cursos drsquo aacutegua retorna ao local de partida
Ticiana Studart e Nilson Campos
3Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
A descriccedilatildeo acima simplifica sobremaneira o processo que realmente ocorre (Figura 13) uma vez que
natildeo estatildeo computadas as eventuais interrupccedilotildees que podem ocorrer em vaacuterios estaacutegios (Ex
precipitaccedilatildeo sobre o oceano) e a iacutentima dependecircncia das intensidade e frequumlecircncia do ciclo hidroloacutegico
com a geografia e o clima local
Alguns toacutepicos p
1 O s
atu
esta
2 A a
accedilatilde
3 Sob
gra
(1) Quando a precifusatildeo
Figura 13 ndash Ciclo Hidroloacutegico (Fonte Dnaee)
odem ser destacados
ol constitui-se na fonte de energia para a realizaccedilatildeo do ciclo O calor por ele liberado
a sobre a superfiacutecie dos oceanos rios e lagos estimulando a conversatildeo da aacutegua do
do liacutequido para gasoso
scensatildeo do vapor drsquo aacutegua conduz agrave formaccedilatildeo de nuvens que podem se deslocar sob a
o do vento para regiotildees continentais
condiccedilotildees favoraacuteveis a aacutegua condensada nas nuvens precipita (sob forma de neve
nizo ou chuva)(1) podendo ser dispersada de vaacuterias formas
pitaccedilatildeo se daacute sob forma de neve ou granizo a retenccedilatildeo no solo eacute mais demorada ateacute que ali se processe a
Ticiana Studart e Nilson Campos
4Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Retenccedilatildeo temporaacuteria ao solo proacuteximo de onde caiu
Escoamento sobre a superfiacutecie do solo ou atraveacutes do solo para os rios
Penetraccedilatildeo no solo profundo
4 Atingindo os veios drsquo aacutegua a aacutegua prossegue seu caminho de volta ao oceano
completando o ciclo
5 As depressotildees superficiais porventura existentes reteacutem a aacutegua precipitada
temporariamente Essa aacutegua poderaacute retornar para compor fases seguintes do ciclo pela
evaporaccedilatildeo e transpiraccedilatildeo da plantas
6 Os escoamentos superficial e subterracircneo decorrem da accedilatildeo da gravidade podendo parte
desta aacutegua ser evaporada ou infiltrada antes de atingir o curso drsquo aacutegua
7 Atingindo os veios drsquoaacutegua a aacutegua prossegue seu caminho de volta ao oceano
completando o ciclo
8 A evaporaccedilatildeo acompanha o ciclo hidroloacutegico em quase todas as suas fases seja durante a
precipitaccedilatildeo seja durante o escoamento superficial
Dotado de certa aleatoriedade temporal e espacial o ciclo hidroloacutegico configura processos bem mais
complexos que os acima descritos Uma vez que as etapas precedentes agrave precipitaccedilatildeo estatildeo dentro do
escopo da meteorologia compete ao hidroacutelogo conhecer principalmente as fases do ciclo que se
processam sobre a superfiacutecie terrestre quais sejam precipitaccedilatildeo evaporaccedilatildeo e transpiraccedilatildeo
escoamento superficial e escoamento subterracircneo
3 UM POUCO DA HISTOacuteRIA DA HIDROLOGIA
Os mais antigos trabalhos de drenagem e irrigaccedilatildeo em larga escala satildeo atribuiacutedos ao Faraoacute Meneacutes
fundador da primeira dinastia egiacutepcia que barrou o rio Nilo proacuteximo a Mecircnphis com uma barragem
de 15m e extensatildeo de aproximadamente 500 metros para alimentar o canal de irrigaccedilatildeo
Tambeacutem no Egito encontram-se os primeiros registros sistemaacuteticos de niacuteveis de enchentes Estes
registros datam de 3500 aC e indicavam aos agricultores a eacutepoca oportuna de romper os diques para
inundar e fertilizar as terras agricultaacuteveis Nota-se que aos egiacutepcios pouco importava o estudo da
Hidrologia como ciecircncia e sim A sua utilizaccedilatildeo
Ticiana Studart e Nilson Campos
5Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Muitos conceitos errocircneos e falhas de compreensatildeo atravessaram o desenvolvimento da engenharia
no seu sentido atual Os gregos foram os primeiros filoacutesofos que estudaram seriamente a Hidrologia
com Aristoacuteteles sugerindo que os rios eram alimentados pelas chuvas Sua maior dificuldade eram
explicar a origem da aacutegua subterracircnea Somente na eacutepoca de Leonardo da Vinci (por volta de 1500
dC)a ideacuteia da alimentaccedilatildeo dos rios pela precipitaccedilatildeo comeccedilou a ser aceita No entanto foi apenas no
ano de 1694 que Perrault atraveacutes de medidas pluviomeacutetricas na bacia do rio Sena demonstrou
quantitativamente que o volume precipitado ao longo do ano era suficiente para manter o volume
escoado
O astrocircnomo inglecircs Halley em 1693 provou que a evaporaccedilatildeo da aacutegua do mar era suficiente para
responder por todas as nascentes e fluxos drsquoaacutegua Mariotte 1em 1686 mediu a velocidade do rio
Sena Estes primeiros conhecimentos de Hidrologia permitiram inuacutemros avanccedilos no Seacuteculo XVIII
incluindo o teorema de Bernoulli o Tubo Pitot e a Foacutermula de Chegravezy que formam a base da Hidraacuteulica
e da Mecacircnica dos Fluidos
Durante o Seacuteculo XIX foram feitos significantes avanccedilos na teoria da aacutegua subterracircnea incluindo a
Lei de Darcy No que se refere agrave Hidrologia de aacuteguas superficiais muitas foacutermulas e instrumentos de
mediccedilatildeo foram criados
Chow (1954) chamou o periacuteodo compreendido entre 1900 e 1930 ficou conhecido como o Periacuteodo do
Empirismo O periacuteodo de 1930 a 1950 seria o Periacuteodo da Racionalizaccedilatildeo Datam desta eacutepoca o
Hidrograma Unitaacuterio de Sherman (1932) e a Teoria da Infiltraccedilatildeo de Horton (1933) Entre 1940 a 1950
foram feitos significantes avanccedilos no entendimento do processo de evaporaccedilatildeo Em 1958 Gumbel
llanccedila as bases da moderna hidrologia estocaacutestica A partir da deacutecada de 70 a Hidrologia passa a
contar com o avanccedilos computacionais o que levaram ao desenvolvimento de muitos modelos de
simulaccedilatildeo
4 DISPONIBILIDADES HIacuteDRICAS MUNDIAIS
Segundo Lvovich (apud Raudikivi 1979) a ordem de grandeza e a distribuiccedilatildeo das disponibilidades
hiacutedricas no mundo satildeo as mostradas na Tabela 11
Ticiana Studart e Nilson Campos
6Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Tabela 11 ndash Distribuiccedilatildeo das disponibilidades hiacutedricas no mundo
Fonte
Superfiacutecie (106 Km2)
Volume
(106 Km2)
do Volume Total
Oceanos 360 1370323 9393
Aacuteguas Subterracircneas - 64000 439
Geleiras e Neve Perpeacutetua 16 24000 165
Lagos - 230 0016
Umidade do Solo - 75 0005
Aacutegua na Atmosfera 510 14 0001
Rios 12 00001
Total 1458643 100 Fonte Raudikivi (1979)
Deste total cerca de 94 eacute de aacutegua salgada e apenas 6 de aacutegua doce Desconsiderando a
quantidade de aacutegua doce sob forma de geleiras aacuteguas subterracircneas e umidade atmosfeacuterica iacutenfimos
00161 do total da aacutegua do Planeta estatildeo disponiacuteveis em rios e lagos (Figura 14) os quais natildeo se
encontram equumlitativamente distribuiacutedos sobre todo o Planeta
Figura 14 ndash Aacutegua doce disponiacutevel em lagos e rios
Para se dar uma pequena ideacuteia da maacute distribuiccedilatildeo espacial da aacutegua cita-se o exemplo do Brasil que
possui cerca de 12 das reservas hiacutedricas superficiais do mundo mas com aproximadamente 65
destes recursos concentrados na Amazocircnia
Ticiana Studart e Nilson Campos
7Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Questotildees a se pensar
1 Por que se preocupar com as vaacuterias fases do ciclo hidroloacutegico
2 Se o estudo da Hidrologia natildeo era importante haacute 30-40 anos atraacutes por que o deveria
ser hoje
3 Se essa quantidade de aacutegua doce nunca foi motivo de grandes preocupaccedilotildees por que o
seria agora
5 A AacuteGUA E O DESENVOLVIMENTO
A aacutegua sempre desempenhou um papel fundamental na histoacuteria da humanidade O surgimento das
cidades sempre se deu ao longo os rios Entretanto natildeo se tinha a percepccedilatildeo da importacircncia da aacutegua
como hoje uma vez que sua qualidade e quantidade eram adequadas agraves necessidades da eacutepoca ndash
abastecimento diluiccedilatildeo de dejetos pesca geraccedilatildeo de energia entre outros Como as fontes hiacutedricas
natildeo eram desenvolvidas no limite de sua possibilidades havia pouco interesse em se obter dados e
conhecimento a respeito de suas capacidades maacuteximas e assim a Hidrologia como ciecircncia pouco
se desenvolveu
Hoje o cenaacuterio eacute outro Segundo a Organizaccedilatildeo das Naccedilotildees Unidas (ONU) o consumo mundial de
aacutegua doce dobrou nos uacuteltimos 50 anos e corresponde atualmente agrave metade de todos os recursos
hiacutedricos acessiacuteveis Explorar tais recursos foi o motor do desenvolvimento econocircmico de muitos paiacuteses
sobretudo na agricultura abastecimento humano e animal geraccedilatildeo de energia induacutestria e transporte
Poreacutem a competiccedilatildeo por aacutegua entre tais setores vem degradando as fontes naturais das quais o
mundo depende O ciclo natural da aacutegua tem sido interrompido ou alterado em regiotildees muito
artificializadas como as megacidades
Eacute consenso geral que a gestatildeo das aacuteguas eacute uma necessidade E assim a Hidrologia ressurge hoje
como ferramenta indispensaacutevel para tal fim uma vez eacute a ciecircncia que trata do entendimento dos
processos naturais que datildeo base aos projetos de suprimento de aacutegua Soacute ela pode avaliar como e
quanto o ciclo hidroloacutegico pode ser modificado pelas atividades humanas
No passado jaacute existiam estes sinais de desconhecimento da Hidrologia mas os mesmos soacute afetavam
pequenas parcelas da populaccedilatildeo e tinham pouca divulgaccedilatildeo Isto tem mudado significativamente nos
uacuteltimos 30 anos Hoje jaacute se tem o entendimento que a prosperidade e a sobrevivecircncia da humanidade
eacute funccedilatildeo da disponibilidade de aacutegua doce e potaacutevel e que a cada ano nascem mais alguns milhotildees de
consumidores e natildeo eacute criada sequer uma gota drsquoaacutegua a mais no Planeta
Ticiana Studart e Nilson Campos
8Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Os muacuteltiplos usos e usuaacuterios disputando um mesmo litro de aacutegua e a perspectiva de demandas
ainda maiores no futuro indicam que mais e mais profissionais ndash e natildeo somente o engenheiro ndash
necessitam ter conhecimentos de Hidrologia Somente assim os tomadores de decisatildeo poderatildeo avaliar
as vantagens e desvantagens de cada alteraccedilatildeo proposta no ciclo hidroloacutegico
Exemplos da falta de conhecimentos de Hidrologia na sociedade moderna
1 Construccedilatildeo nas planiacutecies aluviais de rios
2 Reservatoacuterios superdimensionados
3 Problemas de drenagem urbana
4 Construccedilatildeo e reservatoacuterios pouco profundos em regiotildees com altas taxas de evaporaccedilatildeo
5 Perfuraccedilatildeo de poccedilos secos em regiotildees cristalinas
6 Problemas de salinizaccedilatildeo de solos em projetos de irrigaccedilatildeo em regiotildees aacuteridas e semi-
aacuteridas
Exemplo concreto 1 o Accedilude Cedro ndash Ce
O Accedilude Cedro foi construiacutedo em 1906 no municiacutepio de Quixadaacute Cearaacute Exemplo claacutessico de falta de
conhecimento hidroloacutegico o reservatoacuterio foi superdimensionado construiacutedo com capacidade de
acumulaccedilatildeo equivalente a seis vezes seu volume afluente anual Tendo sangrado pouquiacutessimas vezes
desde sua construccedilatildeo a Figura 15 mostra uma das ocasiotildees em que esvaziou totalmente em 2001
Figura 15 - Accedilude Cedro ndash Ce (vazio em novembro de 2001)
Ticiana Studart e Nilson Campos
9Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Exemplo concreto 2 Inundaccedilatildeo em Fortaleza Ce
A Figura 16 mostra um problema de drenagem urbana caracteriacutesticos das grandes cidades no caso
Fortaleza Ce
6 APLICACcedilOtildeES
A Hidrologia natildeo eacute
aplicaccedilotildees praacuteticas
algumas das aplica
Escolha
Sub
Supreg
Drenag
Drenag
Irrigaccedilatilde
Figura 16--Enchente em Fortaleza Ce em 1997
DA HIDROLOGIA Agrave ENGENHARIA
uma ciecircncia pura uma vez que o objeto de estudo eacute usualmente dirigido para
sendo assim o termo ldquoHidrologia Aplicadardquo eacute frequumlentemente utilizado Eis
ccedilotildees da hidrologia
de fontes de abastecimento de aacutegua
terracircnea - locaccedilatildeo do poccedilo e capacidade de bombeamento
erficial ndash locaccedilatildeo da barragem estimativa da vazatildeo afluente e da vazatildeo a ser ularizada dimensionamento do reservatoacuterio e do sangradouro
em urbana ndash dimensionamento de bueiros
em de rodovias ndash dimensionamento de pontes e pontilhotildees
o ndash fonte de abastecimento estimativa da evapotranspiraccedilatildeo da cultura
Ticiana Studart e Nilson Campos
10Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Controle de enchentes ndash dragagem do leito do rio construccedilatildeo de reservatoacuterios de controle
de cheias
Exemplo concreto 1 cheias e secas no rio Capibaribe
A Bacia do rio Capibaribe Pernambuco tem sua histoacuteria intimamente ligada a episoacutedios de cheias
catastroacuteficas notadamente na Regiatildeo Metropolitana de Recife Entretanto nos uacuteltimos anos a cidade
vem sendo atingida por uma grave crise no abastecimento drsquoaacutegua sendo obrigatoacuterio o uso extensivo
de carros-pipa Os quatro maiores accediludes da bacia ndash Jucazinho Carpina Goitaacute e Tapacuraacute
representam cerca de 91 do total acumulado nos accediludes mais importantes da bacia e satildeo utilizados
tanto para controle de cheias como para o abastecimento A operaccedilatildeo de reservatoacuterios com muacuteltiplas
finalidades eacute feita tradicionalmente com a divisatildeo do volume total armazenaacutevel em zonas para o
atendimento de seus diferentes objetivos Na praacutetica a divisatildeo consiste em se alocar volumes de
reserva para as respectivas finalidades Objetivos diametralmente conflitantes como controle de
cheias ndash que requer que a parte do volume destinada a este fim permaneccedila seca para que a cheia
possa assim ser contida ndash e conservaccedilatildeo ndash que precisa que a aacutegua seja efetivamente armazenada
para usos futuros em irrigaccedilatildeo e abastecimento municipal e industrial ndash natildeo satildeo faacuteceis de conciliar
As figuras 17 e 18 mostram respectivamente um esquema da bacia hidrograacutefica do rio Capibaribe
com seus barramentos construiacutedos ao longo de seu leito e Recife em um episoacutedio de inundaccedilatildeo
Figura 17 -- Bacia hidrograacutefica do rio Capibaribe (Pe) e seus barramentos
Ticiana Studart e Nilson Campos
11Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Figura 16--Enchente em Recife Pe
7 RELACcedilAtildeO DA HIDROLOGIA COM OUTRAS CIEcircNCIAS
Devido a natureza complexa do ciclo hidroloacutegico e suas relaccedilotildees com os padrotildees climaacuteticos tipos de
solos topografia e geologia as fronteiras entre a hidrologia e as outras ciecircncias da terra tais como
meteorologia geologia ecologia e oceanografia natildeo satildeo muito distintas Na realidade tais ciecircncias
tambeacutem podem ser consideradas ramos da hidrologia
Meteorologia e Hidrometeorologia ndash estudo da aacutegua atmosfeacuterica
Oceanografia ndash estudo dos oceanos
Hidrografia ndash estudo das aacuteguas superficiais
Potamologia ndash estudo dos rios
Limnologia ndash estudo dos lagos e reservatoacuterios
Hidrogeologia ndash estudo das aacuteguas subterracircneas
Sendo assim poucos problemas hidroloacutegicos podem ficar limitados a apenas um desses ramos
Frequumlentemente devido a grande inter-relaccedilotildees do fenocircmeno a soluccedilatildeo do problema soacute pode ser
dada atraveacutes de uma discussatildeo interdisciplinar com profissionais de um ou mais desses ramos Muitas
outras ciecircncias podem ainda ser utilizadas na Hidrologia tais como fiacutesica quiacutemica geologia geografia
mecacircnica dos fluidos estatiacutestica economia computaccedilatildeo direito etc
Ticiana Studart e Nilson Campos
appiacuteiacutet a CC tuulloo
22 Bacia Hidrograacutefica
1 GENERALIDADES
O ciclo hidroloacutegico
fechado uma vez que a q
comum o estudo pelos h
de efetiva importacircncia praacute
2 DEFINICcedilAtildeO
Segundo Viessman
topograficamente drenad
de uma simples saiacuteda para
3 DIVISORES
O primeiro passo a
seu contorno ou seja
encaminhando o escoame
Satildeo 3 os divisores d
Geoloacutegico
Freaacutetico
Topograacutefico
Dadas as dificuldad
estratos natildeo seguem um
e no niacutevel freaacutetico (devido
bacia a partir de curvas
divisatildeo topograacutefica
se considerado de maneira global pode ser visto como um sistema hidroloacutegico
uantidade total da aacutegua existente em nosso planeta eacute constante Entretanto eacute
idroacutelogos de subsistemas abertos A bacia hidrograacutefica destaca-se como regiatildeo
tica devido a simplicidade de que oferece na aplicaccedilatildeo do balanccedilo hiacutedrico
Harbaugh e Knapp (1972) bacia hidrograacutefica eacute uma aacuterea definida
a por um curso drsquo aacutegua ou um sistema conectado de cursos drsquo aacutegua dispondo
que toda vazatildeo efluente seja descarregada
ser seguido na caracterizaccedilatildeo de uma bacia eacute exatamente a delimitaccedilatildeo de
a linha de separaccedilatildeo que divide as precipitaccedilotildees em bacias vizinhas
nto superficial para um ou outro sistema fluvial
e uma bacia
es de se efetivar o traccedilado limitante com base nas formaccedilotildees rochosas (os
comportamento sistemaacutetico e a aacutegua precipitada pode escoar antes de infiltrar)
as alteraccedilotildees ao longo das estaccedilotildees do ano) o que se faz na praacutetica eacute limitar a
de niacutevel tomando pontos de cotas mais elevadas para comporem a linha da
PAGE
17
r
2
P
K
c
p
=
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica
1 GENERALIDADES
O ciclo hidroloacutegico se considerado de maneira global pode ser visto como um sistema hidroloacutegico fechado uma vez que a quantidade total da aacutegua existente em nosso planeta eacute constante Entretanto eacute comum o estudo pelos hidroacutelogos de subsistemas abertos A bacia hidrograacutefica destaca-se como regiatildeo de efetiva importacircncia praacutetica devido a simplicidade de que oferece na aplicaccedilatildeo do balanccedilo hiacutedrico
2 DEFINICcedilAtildeO
Segundo Viessman Harbaugh e Knapp (1972) bacia hidrograacutefica eacute uma aacuterea definida topograficamente drenada por um curso drsquo aacutegua ou um sistema conectado de cursos drsquo aacutegua dispondo de uma simples saiacuteda para que toda vazatildeo efluente seja descarregada
3 DIVISORES
O primeiro passo a ser seguido na caracterizaccedilatildeo de uma bacia eacute exatamente a delimitaccedilatildeo de seu contorno ou seja a linha de separaccedilatildeo que divide as precipitaccedilotildees em bacias vizinhas encaminhando o escoamento superficial para um ou outro sistema fluvial
Satildeo 3 os divisores de uma bacia
middot Geoloacutegico
middot Freaacutetico
middot Topograacutefico
Dadas as dificuldades de se efetivar o traccedilado limitante com base nas formaccedilotildees rochosas (os estratos natildeo seguem um comportamento sistemaacutetico e a aacutegua precipitada pode escoar antes de infiltrar) e no niacutevel freaacutetico (devido as alteraccedilotildees ao longo das estaccedilotildees do ano) o que se faz na praacutetica eacute limitar a bacia a partir de curvas de niacutevel tomando pontos de cotas mais elevadas para comporem a linha da divisatildeo topograacutefica
Figura 21 ndash Corte transversal de uma bacia (Fonte VILLELA 1975)
4 CARACTERIacuteSTICAS FIacuteSICAS DE UMA BACIA HIDROGRAacuteFICA
As caracteriacutesticas fiacutesicas de uma bacia compotildeem importante grupo de fatores que influem no escoamento superficial A seguir faremos de forma sucinta uma abordagem de efeitos relacionados a cada um deles tendo como exemplo os dados da Bacia do Riacho do Faustino localizada no municiacutepio do Crato Cearaacute
41 AacuteREA DE DRENAGEM
A aacuterea de uma bacia eacute a aacuterea plana inclusa entre seus divisores topograacuteficos Eacute obtida com a utilizaccedilatildeo de um planiacutemetro
A bacia do Riacho do Faustino tem uma aacuterea de 264 Km2
Figura 22 ndash Bacia hidrograacutefica do Riacho do Faustino (Crato-Cearaacute)
42 FORMA DA BACIA
Apoacutes ter seu contorno definido a bacia hidrograacutefica apresenta um formato Eacute evidente que este formato tem uma influecircncia sobre o escoamento global este efeito pode ser melhor demonstrado atraveacutes da apresentaccedilatildeo de 3 bacias de formatos diferentes poreacutem de mesma aacuterea e sujeitas a uma precipitaccedilatildeo de mesma intensidade Dividindo-as em segmentos concecircntricos dentro dos quais todos os pontos se encontram a uma mesma distacircncia do ponto de controle a bacia de formato A levaraacute 10 unidades de tempo (digamos horas) para que todos os pontos da bacia tenham contribuiacutedo para a descarga (tempo de concentraccedilatildeo) A bacia de formato B precisaraacute de 5 horas e a C de 85 horas Assim a aacutegua seraacute fornecida ao rio principal mais rapidamente na bacia B depois em C e A nesta ordem
Figura 23 ndash O efeito da forma da bacia hidrograacutefica (Fonte WILSON 1969)
Exprimir satisfatoriamente a forma de uma bacia hidrograacutefica por meio de iacutendice numeacuterico natildeo eacute tarefa faacutecil Apesar disto Gravelius propocircs dois iacutendices
421 COEFICIENTE DE COMPACIDADE (KC)
Eacute a relaccedilatildeo entre os periacutemetros da bacia e de um ciacuterculo de aacuterea igual a da bacia
p
=
=
p
A
r
A
r
2
Substituindo temos
p
p
=
A
2
P
K
c
A
P
028
K
c
=
onde P e A satildeo respectivamente o periacutemetro (medido com o curviacutemetro e expresso em Km) e a aacuterea da bacia (medida com o planiacutemetro expressa em Km2) Um coeficiente miacutenimo igual a 1 corresponderia agrave bacia circular portanto inexistindo outros fatores quanto maior o Kc menos propensa agrave enchente eacute a bacia
422 FATOR DE FORMA (Kf)
Eacute a relaccedilatildeo entre a largura meacutedia da bacia (
L
) e o comprimento axial do curso drsquo aacutegua (L) O comprimento ldquoLrdquo eacute medido seguindo-se o curso drsquo aacutegua mais longo desde a cabeceira mais distante da bacia ateacute a desembocadura A largura meacutedia eacute obtida pela divisatildeo da aacuterea da bacia pelo comprimento da bacia
L
L
K
f
=
mas
L
A
L
=
entatildeo
2
f
L
A
K
=
Este iacutendice tambeacutem indica a maior ou menor tendecircncia para enchentes de uma bacia Uma bacia com Kf baixo ou seja com o L grande teraacute menor propensatildeo a enchentes que outra com mesma aacuterea mas Kf maior Isto se deve a fato de que numa bacia estreita e longa (Kf baixo) haver menor possibilidade de ocorrecircncia de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a sua extensatildeo
A bacia do Riacho do Faustino apresenta os seguintes dados
A = 264 km2 = 26413000 m2
L = 10500 m
P = 25900 m
Assim
41
1
26413000
25900
28
0
A
P
28
0
K
c
=
=
=
41
1
K
c
=
24
0
)
500
10
(
000
413
26
L
A
K
2
2
f
=
=
=
24
0
K
f
=
43 SISTEMA DE DRENAGEM
O sistema de drenagem de uma bacia eacute constituiacutedo pelo rio principal e seus efluentes o padratildeo de seu sistema de drenagem tem um efeito marcante na taxa do ldquorunoffrdquo Uma bacia bem drenada tem menor tempo de concentraccedilatildeo ou seja o escoamento superficial concentra-se mais rapidamente e os picos de enchente satildeo altos
As caracteriacutesticas de uma rede de drenagem podem ser razoavelmente descritos pela ordem dos cursos drsquo aacutegua densidade de drenagem extensatildeo meacutedia do escoamento superficial e sinuosidade do curso drsquo aacutegua
431 ORDEM DOS CURSOS Drsquo AacuteGUA
A ordem dos rios eacute uma classificaccedilatildeo que reflete o grau de ramificaccedilatildeo dentro de uma bacia O criteacuterio descrito a seguir foi introduzido por Horton e modificado por Strahler
ldquoDesignam-se todos os afluentes que natildeo se ramificam (podendo desembocar no rio principal ou em seus ramos) como sendo de primeira ordem Os cursos drsquo aacutegua que somente recebem afluentes que natildeo se subdividem satildeo de segunda ordem Os de terceira ordem satildeo formados pela reuniatildeo de dois cursos drsquo aacutegua de segunda ordem e assim por dianterdquo
Figura 24 ndash Ordem dos cursos drsquo aacutegua na bacia do Riacho do Faustino
A ordem do rio principal mostra a extensatildeo da ramificaccedilatildeo da bacia
432 DENSIDADE DE DRENAGEM
A densidade de drenagem eacute expressa pelo comprimento total de todos os cursos drsquo aacutegua de uma bacia (sejam eles efecircmeros intermitentes ou perenes) e sua aacuterea total
A
D
1
d
aring
=
l
Para a Bacia do Riacho do Faustino
2
d
1
mm
001511
0
000
413
26
900
39
D
m
900
39
=
=
=
aring
l
433 EXTENSAtildeO MEacuteDIA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL (
l
)
Este paracircmetro indica a distacircncia meacutedia que a aacutegua de chuva teria que escoar sobre os terrenos da bacia (EM LINHA RETA) do ponto onde ocorreu sua queda ateacute o curso drsquo aacutegua mais proacuteximo Ele daacute uma ideacuteia da distacircncia meacutedia do escoamento superficial
A bacia em estudo eacute transformada em retacircngulo de mesma aacuterea onde o lado maior eacute a soma dos comprimentos dos rios da bacia (L =
aring
i
l
)
Figura 25 ndash Extensatildeo meacutedia do escoamento superficial (Fonte VILLELA 1975)
4
l
x L = A assim
l
=
L
4
A
Para a Bacia do Riacho do Faustino
m
x
5
165
39900
4
000
413
26
=
=
l
l
= 0165 km
434 SINUOSIDADE DO CURSO Drsquo AacuteGUA (SIN)
Eacute a relaccedilatildeo entre o comprimento do rio principal (L) e o comprimento do talvegue (Lt)
Sin =
t
L
L
Figura 26 ndash Comprimento do rio principal (L) e comprimento do talveque (Lt)
Para a Bacia do Riacho do Faustino
L = 10500 m
Lt = 8540 m
Sin =
23
1
540
8
500
10
=
Sin = 123
Obs Lt (comprimento do talvegue eacute a medida em LINHA RETA entre os pontos inicial e final do curso drsquo aacutegua principal)
44 RELEVO DA BACIA
441 DECLIVIDADE MEacuteDIA DA BACIA
A declividade dos terrenos de uma bacia controla em boa parte a velocidade com que se daacute o escoamento superficial (VILLELA 1975) Quanto mais iacutengreme for o terreno mais raacutepido seraacute o escoamento superficial o tempo de concentraccedilatildeo seraacute menor e os picos de enchentes maiores
A declividade da bacia pode ser determinada atraveacutes do Meacutetodo das Quadriacuteculas Este meacutetodo consiste em lanccedilar sobre o mapa topograacutefico da bacia um papel transparente sobre o qual estaacute traccedilada uma malha quadriculada com os pontos de interseccedilatildeo assinalados A cada um desses pontos associa-se um vetor perpendicular agrave curva de niacutevel mais proacutexima (orientado no sentido do escoamento) As declividades em cada veacutertice satildeo obtidas medindo-se na planta as menores distacircncias entre curvas de niacuteveis subsequentes a declividade eacute o quociente entre a diferenccedila da cota e a distacircncia medida em planta entre as curvas de niacutevel
Figura 27 ndash Meacutetodo das quadriacuteculas
Figura 28 ndash Declividade meacutedia da bacia do Riacho do Faustino
Apoacutes a determinaccedilatildeo da declividade dos vetores constroi-se uma tabela de distribuiccedilatildeo de frequumlecircncias tomando-se uma amplitude para as classes
Tabela 21 ndash Declividade meacutedia da bacia do Riacho do Faustino
Declividade meacutedia da bacia =
1241
ou
mm
1241
0
54
700
6
A distribuiccedilatildeo de frequumlecircncias pode ainda ser plotada no graacutefico declividade x frequumlecircncia acumulada (curva de distribuiccedilatildeo de declividade) Diferentes bacias podem ser plotadas num mesmo graacutefico para fins de comparaccedilatildeo curvas mais iacutengremas indicam um escoamento mais raacutepido
Figura 29 ndash Declividade de duas bacias (Fonte WILSON 1969)
442 ORIENTACcedilAtildeO DA BACIA
A orientaccedilatildeo da bacia eacute importante no que diz respeito a ventos prevalecentes e ao padratildeo de deslocamento de tempestades O meacutetodo da quadriacuteculas tambeacutem eacute utilizado pela determinaccedilatildeo do acircngulo ldquo(rdquo formado pelo vetor conforme diagrama abaixo
Figura 210 ndash Base para mediccedilatildeo dos acircngulos
A amplitude das classes consideradas no agrupamento de vetores foi de 225o Feita a distribuiccedilatildeo de frequumlecircncia lanccedilamo-la no diagrama Rosa dos Ventos
Tabela 22 ndash Orientaccedilatildeo da bacia do Riacho do Faustino
24750o 270o 29250o
225o 315o
20250o 33750o
180o
0o
20o
15750o 2250o
135o 45o
11250o 6750o
90o
Figura 211 ndash Rosa dos ventos (a partir da tabela 21)
443 CURVA HIPSOMEacuteTRICA
Representa o estudo da variaccedilatildeo da elevaccedilatildeo dos vaacuterios terrenos da bacia com referecircncia ao niacutevel do mar Esta curva eacute traccedilada lanccedilando-se em sistema cartesiano a cota versus o percentual da aacuterea de drenagem com cota superior para isto deve-se fazer a leitura planimeacutetrica parceladamente Os dados foram dispostos em quadro de distribuiccedilatildeo de frequumlecircncia
Tabela 23 ndash Distribuiccedilatildeo de frequumlecircncia (bacia do Riacho do Faustino)
Figura 212 ndash Curva hipsomeacutetrica
444 ELEVACcedilAtildeO MEacuteDIA DA BACIA
A elevaccedilatildeo meacutedia da bacia eacute obtida atraveacutes do produto do ponto meacutedio entre duas curvas de niacutevel e a aacuterea compreendida entre elas (coluna 7 da Tabela 23) dividido pela aacuterea total
A
P
E
m
aring
=
i
A
x
9
462
413
26
49
226
12
=
=
E
m
E
9
462
=
445 RETAcircNGULO EQUIVALENTE
Consiste de um retacircngulo de mesma aacuterea e mesmo periacutemetro que a bacia onde se dispotildeem curvas de niacutevel paralelas ao menor lado de tal forma que mantenha sua hipsometria natural O retacircngulo equivalente permite interferecircncias semelhantes agraves da curva hipsomeacutetrica
Seja
P = periacutemetro da bacia
A = aacuterea da bacia
L = lado maior do retacircngulo equivalente
l
= lado menor do retacircngulo equivalente
Kc = coeficiente de compacidade da bacia
A = L x
l
P = 2
(
)
L
+
l
Dado Kc utiliza-se o aacutebaco ao lado e determina-se o valor de
A
L
Figura 2 13 ndash Aacutebaco
c
K
x
A
L
(Fonte VILLELA 1975)
Para a Bacia do Riacho do Faustino tem-se
02
2
A
L
41
1
K
c
=
reg
=
Com A = 264 Km3 ( L = 104 Km
Mas
(
)
Km
9
25
P
L
2
P
L
2
P
=
-
=
+
=
l
l
Km
5
2
=
l
Figura 214 ndash Retacircngulo equivalente
Para determinar a distacircncia entre as curvas de niacutevel no retacircngulo equivalente usou-se os caacutelculos da Tabela 23 dividida por 25
Tabela 24 ndash Caacutelculo da distacircncia entre curvas de niacutevel
446 DECLIVIDADE DO AacuteLVEO
A velocidade de escoamento de um rio depende da declividade dos canais fluviais quanto maior a declividade maior seraacute a velocidade de escoamento
A declividade do aacutelveo pode ser obtido de trecircs maneiras cada uma com diferente grau de representatividade
S1 linha com declividade obtida tomando a diferenccedila total de elevaccedilatildeo do leito pela extensatildeo horizontal do curso drsquo aacutegua
S2 linha com declividade obtida por compensaccedilatildeo de aacutereas de forma que a aacuterea entre ela e a abscissa seja igual agrave compreendida entre a curva do perfil e a abscissa
S3 linha obtida a partir da consideraccedilatildeo do tempo de percurso eacute a meacutedia harmocircnica ponderada da raiz quadrada das declividades dos diversos trechos retiliacuteneos tomando-se como peso a extensatildeo de cada trecho
Tabela 25 ndash Caacutelculo da declividade do aacutelveo
mm
00085
00849
0
9483
113
50082
10
D
L
L
S
m
m
08
0
500
10
21
80
500
10
h
S
m
m
0104
0
500
10
67
354
464
S
2
i
i
i
3
2
1
=
divide
divide
oslash
ouml
ccedil
ccedil
egrave
aelig
=
divide
divide
divide
divide
divide
divide
oslash
ouml
ccedil
ccedil
ccedil
ccedil
ccedil
ccedil
egrave
aelig
divide
divide
oslash
ouml
ccedil
ccedil
egrave
aelig
=
=
=
=
=
-
=
aring
aring
___ perfil longitudinal do curso drsquo aacutegua principal
Figura 215 ndash Declividade do aacutelveo
EMBED PBrush 13
13
13
13
13
13
13
13
13
EMBED PBrush 13
13
13
13
13
13
Bacia Hidrograacutefica13
13
13
13
Capiacutetulo13
2 13
13
Hidrologia Aplicada13
13
13
EMBED PBrush 13
13
13
13
EMBED PBrush 13
13
13
13
13
10
_1041184173unknown
_1043607860unknown
_1083573303unknown
_1083573333unknown
_1083573778
_1088926957unknown
_1083573341unknown
_1083573579
_1043608212unknown
_1044125809unknown
_1083572262
_1083572964
_1044126103unknown
_1043610531unknown
_1043607972unknown
_1041365256unknown
_1043606680unknown
_1043606725unknown
_1043606563unknown
_1041357473unknown
_1041359743unknown
_1041357194unknown
_1041179902unknown
_1041180406unknown
_1041183712unknown
_1041183767unknown
_1041183986unknown
_1041180498unknown
_1041180317unknown
_1041180364unknown
_1041179921unknown
_1041165008unknown
_1041179833unknown
_1041179881unknown
_1041165443unknown
_1041164781unknown
_1041164941unknown
_1041164739unknown
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 2
Figura 21 ndash Corte transversal de uma bacia (Fonte VILLELA 1975)
4 CARACTERIacuteSTICAS FIacuteSICAS DE UMA BACIA HIDROGRAacuteFICA
As caracteriacutesticas fiacutesicas de uma bacia compotildeem importante grupo de fatores que influem no
escoamento superficial A seguir faremos de forma sucinta uma abordagem de efeitos relacionados a
cada um deles tendo como exemplo os dados da Bacia do Riacho do Faustino localizada no municiacutepio do
Crato Cearaacute
41 AacuteREA DE DRENAGEM
A aacuterea de uma bacia eacute a aacuterea plana inclusa entre seus divisores topograacuteficos Eacute obtida com a
utilizaccedilatildeo de um planiacutemetro
A bacia do Riacho do Faustino tem uma aacuterea de 264 Km2
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 3
Figura 22 ndash Bacia hidrograacutefica do Riacho do Faustino (Crato-Cearaacute)
42 FORMA DA BACIA
Apoacutes ter seu contorno definido a bacia hidrograacutefica apresenta um formato Eacute evidente que este
formato tem uma influecircncia sobre o escoamento global este efeito pode ser melhor demonstrado atraveacutes
da apresentaccedilatildeo de 3 bacias de formatos diferentes poreacutem de mesma aacuterea e sujeitas a uma precipitaccedilatildeo
de mesma intensidade Dividindo-as em segmentos concecircntricos dentro dos quais todos os pontos se
encontram a uma mesma distacircncia do ponto de controle a bacia de formato A levaraacute 10 unidades de
tempo (digamos horas) para que todos os pontos da bacia tenham contribuiacutedo para a descarga (tempo de
concentraccedilatildeo) A bacia de formato B precisaraacute de 5 horas e a C de 85 horas Assim a aacutegua seraacute
fornecida ao rio principal mais rapidamente na bacia B depois em C e A nesta ordem
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 4
Exprim
tarefa faacutecil
421
Eacute a re
Kc =
Subst
=Kc
onde P e A
bacia (medi
bacia circula
bacia
422
Eacute a r
compriment
Figura 23 ndash O efeito da forma da bacia hidrograacutefica (Fonte WILSON 1969)
ir satisfatoriamente a forma de uma bacia hidrograacutefica por meio de iacutendice numeacuterico natildeo eacute
Apesar disto Gravelius propocircs dois iacutendices
COEFICIENTE DE COMPACIDADE (KC)
laccedilatildeo entre os periacutemetros da bacia e de um ciacuterculo de aacuterea igual a da bacia
r 2Pπ
com
π=there4
=π
Ar
Ar 2
ituindo temos
ππ
A 2
P
A P
028 Kc =
satildeo respectivamente o periacutemetro (medido com o curviacutemetro e expresso em Km) e a aacuterea da
da com o planiacutemetro expressa em Km2) Um coeficiente miacutenimo igual a 1 corresponderia agrave
r portanto inexistindo outros fatores quanto maior o Kc menos propensa agrave enchente eacute a
FATOR DE FORMA (Kf)
elaccedilatildeo entre a largura meacutedia da bacia (L ) e o comprimento axial do curso drsquo aacutegua (L) O
o ldquoLrdquo eacute medido seguindo-se o curso drsquo aacutegua mais longo desde a cabeceira mais distante da
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 5
bacia ateacute a desembocadura A largura meacutedia eacute obtida pela divisatildeo da aacuterea da bacia pelo comprimento da
bacia
LL
Kf = mas LA
L =
entatildeo
2f LA
K =
Este iacutendice tambeacutem indica a maior ou menor tendecircncia para enchentes de uma bacia Uma bacia
com Kf baixo ou seja com o L grande teraacute menor propensatildeo a enchentes que outra com mesma aacuterea
mas Kf maior Isto se deve a fato de que numa bacia estreita e longa (Kf baixo) haver menor
possibilidade de ocorrecircncia de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a sua extensatildeo
A bacia do Riacho do Faustino apresenta os seguintes dados
A = 264 km2 = 26413000 m2
L = 10500 m
P = 25900 m
Assim
41126413000
25900 280
A
P 280Kc ===
411Kc =
240)50010(
00041326LA
K22f ===
240Kf =
43 SISTEMA DE DRENAGEM
O sistema de drenagem de uma bacia eacute constituiacutedo pelo rio principal e seus efluentes o padratildeo de
seu sistema de drenagem tem um efeito marcante na taxa do ldquorunoffrdquo Uma bacia bem drenada tem
menor tempo de concentraccedilatildeo ou seja o escoamento superficial concentra-se mais rapidamente e os
picos de enchente satildeo altos
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 6
As caracteriacutesticas de uma rede de drenagem podem ser razoavelmente descritos pela ordem dos
cursos drsquo aacutegua densidade de drenagem extensatildeo meacutedia do escoamento superficial e sinuosidade do
curso drsquo aacutegua
431 ORDEM DOS CURSOS Drsquo AacuteGUA
A ordem dos rios eacute uma classificaccedilatildeo que reflete o grau de ramificaccedilatildeo dentro de uma bacia O
criteacuterio descrito a seguir foi introduzido por Horton e modificado por Strahler
ldquoDesignam-se todos os afluentes que natildeo se ramificam (podendo desembocar no rio principal ou
em seus ramos) como sendo de primeira ordem Os cursos drsquo aacutegua que somente recebem afluentes que
natildeo se subdividem satildeo de segunda ordem Os de terceira ordem satildeo formados pela reuniatildeo de dois
cursos drsquo aacutegua de segunda ordem e assim por dianterdquo
Figura 24 ndash Ordem dos cursos drsquo aacutegua na bacia do Riacho do Faustino
A ordem do rio principal mostra a extensatildeo da ramificaccedilatildeo da bacia
432 DENSIDADE DE DRENAGEM
A densidade de drenagem eacute expressa pelo comprimento total de todos os cursos drsquo aacutegua de uma
bacia (sejam eles efecircmeros intermitentes ou perenes) e sua aacuterea total
AD 1
dsum=l
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 7
Para a Bacia do Riacho do Faustino
2d
1
mm 001511000041326
90039D
m 90039
==there4
=sum l
433 EXTENSAtildeO MEacuteDIA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL ( l )
Este paracircmetro indica a distacircncia meacutedia que a aacutegua de chuva teria que escoar sobre os terrenos da
bacia (EM LINHA RETA) do ponto onde ocorreu sua queda ateacute o curso drsquo aacutegua mais proacuteximo Ele daacute uma
ideacuteia da distacircncia meacutedia do escoamento superficial
A bacia em estudo eacute transformada em retacircngulo de mesma aacuterea onde o lado maior eacute a soma dos
comprimentos dos rios da bacia (L = sum il )
Figura 25 ndash Extensatildeo meacutedia do escoamento superficial (Fonte VILLELA 1975)
4 x L = A assim l = lL 4
A
Para a Bacia do Riacho do Faustino
mx
516539900 4
00041326==l
l = 0165 km
434 SINUOSIDADE DO CURSO Drsquo AacuteGUA (SIN)
Eacute a relaccedilatildeo entre o comprimento do rio principal (L) e o comprimento do talvegue (Lt)
Sin = tL
L
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica
8
Figura 26 ndash Comprimento do rio principal (L) e comprimento do talveque (Lt)
Para a Bacia do Riacho do Faustino
L = 10500 m
Lt = 8540 m
Sin = 231540850010
=
Sin = 123
Obs Lt (comprimento do talvegue eacute a medida em LINHA RETA entre os pontos inicial e final do
curso drsquo aacutegua principal)
44 RELEVO DA BACIA
441 DECLIVIDADE MEacuteDIA DA BACIA
A declividade dos terrenos de uma bacia controla em boa parte a velocidade com que se daacute o
escoamento superficial (VILLELA 1975) Quanto mais iacutengreme for o terreno mais raacutepido seraacute o
escoamento superficial o tempo de concentraccedilatildeo seraacute menor e os picos de enchentes maiores
A declividade da bacia pode ser determinada atraveacutes do Meacutetodo das Quadriacuteculas Este meacutetodo
consiste em lanccedilar sobre o mapa topograacutefico da bacia um papel transparente sobre o qual estaacute traccedilada
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 9
uma malha quadriculada com os pontos de interseccedilatildeo assinalados A cada um desses pontos associa-se
um vetor perpendicular agrave curva de niacutevel mais proacutexima (orientado no sentido do escoamento) As
declividades em cada veacutertice satildeo obtidas medindo-se na planta as menores distacircncias entre curvas de
niacuteveis subsequentes a declividade eacute o quociente entre a diferenccedila da cota e a distacircncia medida em planta
entre as curvas de niacutevel
Figura 28 ndash Declivid
Figura 27 ndash Meacutetodo das quadriacuteculas
ade meacutedia da bacia do Riacho do Faustino
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 10
Apoacutes a determinaccedilatildeo da declividade dos vetores constroi-se uma tabela de distribuiccedilatildeo de
frequumlecircncias tomando-se uma amplitude para as classes
Tabela 21 ndash Declividade meacutedia da bacia do Riacho do Faustino
CLASSES
Fi
fi ()
fi acum ()
Ponto Meacutedio da Classe
2 X 5
00000 I⎯ 00500 16 2963 10000 00250 0400 00500 I⎯ 01000 12 2222 7037 00750 0900 01000 I⎯ 01500 13 2407 4815 01250 1625 01500 I⎯ 02000 4 742 2408 01750 0700 02000 I⎯ 02500 0 000 1666 02250 0000 02500 I⎯ 03000 7 1296 370 02750 1925 03000 I⎯ 03500 0 000 370 03250 0000 03500 I⎯ 04000 0 000 370 03750 0000 04000 I⎯ 04500 0 000 370 04250 0000 04500 I⎯ 05000 0 000 370 04750 0000 05000 I⎯ 05500 0 000 370 05250 0000 05500 I⎯ 06000 2 370 370 05750 1150
Σ 54 6700
Declividade meacutedia da bacia = 1241 ou mm 12410547006
cong
A distribuiccedilatildeo de frequumlecircncias pode ainda ser plotada no graacutefico declividade x frequumlecircncia acumulada
(curva de distribuiccedilatildeo de declividade) Diferentes bacias podem ser plotadas num mesmo graacutefico para fins
de comparaccedilatildeo curvas mais iacutengremas indicam um escoamento mais raacutepido
Figura 29 ndash Declividade de duas bacias (Fonte WILSON 1969)
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 11
442 ORIENTACcedilAtildeO DA BACIA
A orientaccedilatildeo da bacia eacute importante no que diz respeito a ventos prevalecentes e ao padratildeo de
deslocamento de tempestades O meacutetodo da quadriacuteculas tambeacutem eacute utilizado pela determinaccedilatildeo do
acircngulo ldquoθrdquo formado pelo vetor conforme diagrama abaixo
Figura
A amplitude das classes co
de frequumlecircncia lanccedilamo-la no diag
Tabe
Clas
22
4
67
9
112
13
157
18
202
2
24
2
29
3
33
210 ndash Base para mediccedilatildeo dos acircngulos
nsideradas no agrupamento de vetores foi de 225o Feita a distribuiccedilatildeo
rama Rosa dos Ventos
la 22 ndash Orientaccedilatildeo da bacia do Riacho do Faustino
ses de Acircngulos fi fr()
0o 225o 1 185
5o 45o 3 556
5o 675o 2 370
5o 90o 5 926
0o 1125o 3 556
5o 135o 3 556
5o 1575o 2 370
5o 180o 2 370
0o 2025o 2 370
5o 225o 5 926
25o 2475o 10 1850
75o 270o 5 926
70o 2925o 4 741
25o 315o 5 926
15o 3375o 2 370
75o 360o 0 000
54
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 12
24750o 270o 29250o
225o 315o
20250o 33750o
180o
0o
20o
15750o 2250o
135o 45o
11250o 6750o
90o
Figura 211 ndash Rosa dos ventos (a partir da tabela 21)
443 CURVA HIPSOMEacuteTRICA
Representa o estudo da variaccedilatildeo da elevaccedilatildeo dos vaacuterios terrenos da bacia com referecircncia ao niacutevel
do mar Esta curva eacute traccedilada lanccedilando-se em sistema cartesiano a cota versus o percentual da aacuterea de
drenagem com cota superior para isto deve-se fazer a leitura planimeacutetrica parceladamente Os dados
foram dispostos em quadro de distribuiccedilatildeo de frequumlecircncia
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 13
Tabela 23 ndash Distribuiccedilatildeo de frequumlecircncia (bacia do Riacho do Faustino)
Cotas (m) Ponto Meacutedio (m)
Aacuterea (Km2)
Aacuterea Acumulada (km2)
Acumulada
2 x 3
680 640 660 00466 0466 017 017 3076
640 600 620 01866 02332 071 088 11569
600 560 580 03533 15865 512 600 78491
560 520 540 26600 42465 1007 1607 143640
520 480 500 53666 96131 2032 3639 268330
480 440 460 65333 161464 2474 6113 300532
440 400 420 70933 232397 2686 8799 297919
400 360 380 2800 260397 1060 9859 106400
360 320 340 03733 264130 141 10000 12692
264130 1222649
Figura 212 ndash Curva hipsomeacutetrica
444 ELEVACcedilAtildeO MEacuteDIA DA BACIA
A elevaccedilatildeo meacutedia da bacia eacute obtida atraveacutes do produto do ponto meacutedio entre duas curvas de niacutevel
e a aacuterea compreendida entre elas (coluna 7 da Tabela 23) dividido pela aacuterea total
AP
E msum= iA x
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 14
946241326
4922612==E
mE 9462=
445 RETAcircNGULO EQUIVALENTE
Consiste de um retacircngulo de mesma aacuterea e mesmo periacutemetro que a bacia onde se dispotildeem curvas
de niacutevel paralelas ao menor lado de tal forma que mantenha sua hipsometria natural O retacircngulo
equivalente permite interferecircncias semelhantes agraves da curva hipsomeacutetrica
Seja
P = periacutemetro da bacia
A = aacuterea da bacia
L = lado maior do retacircngulo equivalente
l = lado menor do retacircngulo equivalente
Kc = coeficiente de compacidade da bacia
A = L x l
P = 2 ( )L +l
Dado Kc utiliza-se o aacutebaco ao lado e determina-se o valor de AL
Figura 2 13
ndash Aacutebaco cK x A
L (Fonte VILLELA 1975)
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 15
Para a Bacia do Riacho do Faustino tem-se
022A
L411Kc =rarr=
Com A = 264 Km3 rarr L = 104 Km
Mas
( )
Km 925P
L2P
L 2P
=
minus=
+=
l
l
Km 52=l
Figura 214 ndash Retacircngulo equivalente
Para determinar a distacircncia entre as curvas de niacutevel no retacircngulo equivalente usou-se os caacutelculos
da Tabela 23 dividida por 25
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 16
Tabela 24 ndash Caacutelculo da distacircncia entre curvas de niacutevel
Cotas (m) Fraccedilatildeo de Aacuterea Acumulada
Comprimentos Acumulados (Km)
680 640 017 00184
640 600 088 00918
620 560 600 06249
580 520 1607 16725
540 480 3639 37862
500 440 6113 63594
460 400 8799 91531
420 360 9859 102559
380 320 10000 104030
446 DECLIVIDADE DO AacuteLVEO
A velocidade de escoamento de um rio depende da declividade dos canais fluviais quanto maior a
declividade maior seraacute a velocidade de escoamento
A declividade do aacutelveo pode ser obtido de trecircs maneiras cada uma com diferente grau de
representatividade
S1 linha com declividade obtida tomando a diferenccedila total de elevaccedilatildeo do leito pela extensatildeo
horizontal do curso drsquo aacutegua
S2 linha com declividade obtida por compensaccedilatildeo de aacutereas de forma que a aacuterea entre ela e a
abscissa seja igual agrave compreendida entre a curva do perfil e a abscissa
S3 linha obtida a partir da consideraccedilatildeo do tempo de percurso eacute a meacutedia harmocircnica ponderada
da raiz quadrada das declividades dos diversos trechos retiliacuteneos tomando-se como peso a
extensatildeo de cada trecho
Tabela 25 ndash Caacutelculo da declividade do aacutelveo
Cota
Distacircncia
(m)
Distacircncia Acumulada
(na horizontal) (km)
Declividade
por segmento
d
Dist Real
(na linha inclinada) (km)
Colunas
6 5
35467 - - - - - -
360 840 084 000635 007969 084006 105416
400 6300 714 000635 007969 630013 790579
440 2100 924 001905 013802 210038 152179
464 1260 105 001905 013802 126025 91309
1050082 1139483
Cap 2 Bacia Hidrograacutefica 17
mm 00085 0084909483113
5008210
DL
LS
mm 080500102180
50010hS
mm 0104050010
67354464S
2
i
i
i3
2
1
cong=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
⎟⎟⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛=
===
=minus
=
sum
sum
___ perfil longitudinal do curso drsquo aacutegua principal
Figura 215 ndash Declividade do aacutelveo
CCaappiacuteiacutettuulloo
33
EElleemmeennttooss ddee HHiiddrroommeetteeoorroollooggiiaa
1 INTRODUCcedilAtildeO
A hidrologia de uma reg
e geologia A topografia
escoamento superficial
da aacutegua proveniente da
subterracircneo ou confinad
O clima de uma regiatildeo
terrestre Os fatores cli
umidade temperatura e
capiacutetulo seratildeo abordados
2 UMIDADE
Existe sempre alguma
condensaccedilatildeo deste vap
nevoeiro orvalho e etc
importacircncia para a hidr
relaccedilatildeo pesovolume (ex
Existe um limite para a
quando esse limite eacute alc
do que o ar frio para c
conteuacutedo do vapor drsquoaacutegu
A pressatildeo atmosfeacuterica d
constituem A parcela de
drsquoaacutegua (e) Suponha um
iatildeo depende principalmente de seu clima e secundariamente de sua topografia
influencia a precipitaccedilatildeo a ocorrecircncia de lagos pacircntanos e a velocidade do
A geologia aleacutem de influenciar a topografia define o local de armazenamento
precipitaccedilatildeo ou seja na superfiacutecie (rios e lagos) ou no subsolo (escoamento
a em aquumliacuteferos)
eacute altamente dependente de sua posiccedilatildeo geograacutefica em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie
maacuteticos mais importantes satildeo a precipitaccedilatildeo e o seu modo de ocorrecircncia
ventos os quais diretamente afetam a evaporaccedilatildeo e a transpiraccedilatildeo Neste
os trecircs uacuteltimos uma vez que agrave precipitaccedilatildeo se dedicaraacute um capiacutetulo a parte
aacutegua na forma de vapor misturado com o ar por toda a atmosfera A
or eacute que origina a maioria dos fenocircmenos do tempo nuvens chuva neve
assim a compreensatildeo do estudo do vapor drsquoaacutegua na atmosfera eacute de grande
ologia A quantidade de vapor drsquoaacutegua no ar expressa-se simplesmente pela
gramasm3)
quantidade de vapor drsquoaacutegua que um dado volume de ar pode suportar e
anccedilado diz-se que o ar estaacute saturado O ar quente pode suportar mais vapor
ada grau de elevaccedilatildeo da temperatura verifica-se tambeacutem um aumento do
a para a saturaccedilatildeo
ecorre de uma composiccedilatildeo de pressotildees parciais exercidas pelos gases que a
pressatildeo devida a presenccedila do vapor drsquoaacutegua eacute denominada pressatildeo de vapor
a superfiacutecie de aacutegua em evaporaccedilatildeo em um sistema fechado envolta em ar
Notas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
PAGE
12
1 INTRODUCcedilAtildeO
A hidrologia de uma regiatildeo depende principalmente de seu clima e secundariamente de sua topografia e geologia A topografia influencia a precipitaccedilatildeo a ocorrecircncia de lagos pacircntanos e a velocidade do escoamento superficial A geologia aleacutem de influenciar a topografia define o local de armazenamento da aacutegua proveniente da precipitaccedilatildeo ou seja na superfiacutecie (rios e lagos) ou no subsolo (escoamento subterracircneo ou confinada em aquumliacuteferos)
O clima de uma regiatildeo eacute altamente dependente de sua posiccedilatildeo geograacutefica em relaccedilatildeo agrave superfiacutecie terrestre Os fatores climaacuteticos mais importantes satildeo a precipitaccedilatildeo e o seu modo de ocorrecircncia umidade temperatura e ventos os quais diretamente afetam a evaporaccedilatildeo e a transpiraccedilatildeo Neste capiacutetulo seratildeo abordados os trecircs uacuteltimos uma vez que agrave precipitaccedilatildeo se dedicaraacute um capiacutetulo a parte
2 UMIDADE
Existe sempre alguma aacutegua na forma de vapor misturado com o ar por toda a atmosfera A condensaccedilatildeo deste vapor eacute que origina a maioria dos fenocircmenos do tempo nuvens chuva neve nevoeiro orvalho e etc assim a compreensatildeo do estudo do vapor drsquoaacutegua na atmosfera eacute de grande importacircncia para a hidrologia A quantidade de vapor drsquoaacutegua no ar expressa-se simplesmente pela relaccedilatildeo pesovolume (ex gramasm3)
Existe um limite para a quantidade de vapor drsquoaacutegua que um dado volume de ar pode suportar e quando esse limite eacute alcanccedilado diz-se que o ar estaacute saturado O ar quente pode suportar mais vapor do que o ar frio para cada grau de elevaccedilatildeo da temperatura verifica-se tambeacutem um aumento do conteuacutedo do vapor drsquoaacutegua para a saturaccedilatildeo
A pressatildeo atmosfeacuterica decorre de uma composiccedilatildeo de pressotildees parciais exercidas pelos gases que a constituem A parcela de pressatildeo devida a presenccedila do vapor drsquoaacutegua eacute denominada pressatildeo de vapor drsquoaacutegua (e) Suponha uma superfiacutecie de aacutegua em evaporaccedilatildeo em um sistema fechado envolta em ar
Sob a accedilatildeo de uma fonte de calor a aacutegua vai sendo evaporada ateacute o estado de equiliacutebrio quando o ar estaacute saturado de vapor e natildeo pode mais absorvecirc-lo As moleacuteculas de vapor drsquoaacutegua exerceratildeo entatildeo uma pressatildeo denominada pressatildeo de saturaccedilatildeo de vapor drsquoaacutegua (es) para determinada temperatura do sistema
O valor de es muda com a temperatura como mostra a Figura 1
Figura 31 ndash Pressatildeo de saturaccedilatildeo de vapor (Fonte Varejatildeo-Silva 2001)
A Figura 31 mostra que ocorre com a parcela de ar P com pressatildeo de vapor ldquo erdquo e temperatura ldquo trdquo
Uma vez que o ponto ldquo Prdquo se encontra abaixo da curva de pressatildeo de saturaccedilatildeo de vapor estaacute claro que a massa de ar pode absorver mais umidade Teoricamente a saturaccedilatildeo do ar pode se dar por trecircs processos baacutesicos
1 Processo isoteacutermico ndash a temperatura eacute mantida constante e o vapor drsquoaacutegua eacute incorporado ao ar para suprir sua deficiecircncia de umidade (ds)
ds = es ndash e (31)
2 Processo isobaacuterico ndash a pressatildeo eacute conservada constante e o ar eacute submetido a um resfriamento ateacute interceptar a curva de saturaccedilatildeo de vapor Estaacute temperatura corresponde a temperatura do ponto de orvalho ( td)
3 Livre saturaccedilatildeo ndash se a aacutegua evapora livremente dentro da massa de ar a saturaccedilatildeo eacute atingida a pressatildeo e temperaturas diferentes das que tinha inicialmente uma vez que a evaporaccedilatildeo necessita de calor (calor latente de evaporaccedilatildeo) que eacute retirado do proacuteprio ar Assim a medida que a umidade e a pressatildeo aumentam a temperatura diminui O ponto P iraacute se mover na diagonal ateacute atingir a curva de saturaccedilatildeo a uma temperatura tw denominada de ldquo temperatura do bulbo uacutemidordquo
21 Umidade Relativa
Em geral o ar natildeo estaacute saturado conteacutem apenas uma fraccedilatildeo do vapor drsquoaacutegua possiacutevel Essa fraccedilatildeo expressa em percentagem eacute denominada umidade relativa ( ur)
(
)
100
s
r
e
e
u
=
Tabela 31 ndash Conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua no ar em vaacuterias umidades relativas (Fonte Forsdyke 1969)
O Psicrocircmetro eacute o instrumento empregado para a mediccedilatildeo da umidade atmosfeacuterica Ele consiste de dois termocircmetros ndash o de bulbo uacutemido e o de bulbo seco
Figura 32 ndash Diagrama de um psicrocircmetro mostrando o princiacutepio do termocircmetro de bulbo uacutemido
(Fonte Villela 1975)
O valor de ldquo erdquo para uma dada temperatura eacute obtido pela equaccedilatildeo
(
)
(
)
w
w
t
t
e
e
-
=
-
g
(32)
Onde
tw ndash Temperatura do termocircmetro de bulbo uacutemido
t ndash Temperatura do termocircmetro de bulbo seco
ew ndash Pressatildeo de vapor correspondente a temperatura tw (Tabela 32)
( ndash Constante do psicrocircmetro (( = 06 se e (mb) t ((C) e velocidade do ar entre os bulbos de 3ms e ( = 0485 se e (mmHg) )
Tabela 32 ndash Pressatildeo de saturaccedilatildeo de vapor (es) em mmHg em funccedilatildeo da temperatura em (C
Figura 33 ndash Psicrocircmetro
A Figura 34 mostra o mapa da umidade relativa meacutedia anual no Brasil medida pelo INMET no periacuteodo de 1930 a 1990 (Normais Climatoloacutegicas)
Figura 34 ndash Umidade relativa anual (Fonte INMET(httpwwwinmetgovbrprodutos)
3 TEMPERATURA
Geograficamente haacute uma tendecircncia de elevaccedilatildeo de temperatura a medida que se aproxima do Equador Verifica-se entretanto que a topografia e a vegetaccedilatildeo pode comprometer este comportamento
Durante o dia a incidecircncia da radiaccedilatildeo solar provoca o aquecimento da superfiacutecie que alcanccedila sua temperatura maacutexima algumas horas apoacutes o sol ter alcanccedilado o seu zecircnite As camadas inferiores da atmosfera satildeo aquecidas pela radiaccedilatildeo de onda longa emitida pela superfiacutecie terrestre
Devido a diversos processos de troca de calor no sistema Terra-Atmosfera existe uma distribuiccedilatildeo de temperatura tambeacutem segundo a direccedilatildeo vertical conhecida como gradiente vertical de temperatura (-065(C100m) O estudo desse gradiente eacute importante para a influecircncia da estabilidade atmosfeacuterica Associados aos processos de evoluccedilatildeo do ar satildeo definidos trecircs gradientes teoacutericos
1 Gradiente de temperatura adiabaacutetica seca ((d)
middot Parcela de ar ascendente
middot Expande-se devido ao decreacutescimo de pressatildeo
middot Temperatura decresce (-1(C100m)
2 Gradiente de temperatura adiabaacutetica saturada ((s)
middot Quando a parcela de ar em ascensatildeo atinge o niacutevel de condensaccedilatildeo a pressatildeo continua decrescente
middot Gradiente menor (-054(C100m)
3 Gradiente de temperatura pseudo-adiabaacutetico
Figura 34 ndash Formas de precipitaccedilatildeo (Fonte Raudikivi 1979)
31 Estabilidade e Instabilidade Convectiva
Uma vez que ar aquecido decresce em densidade ele tende a se tornar mais leve Entretanto a superfiacutecie terrestre natildeo eacute homogecircnea e faz com que o ar seja aquecido de forma desigual o que resulta no aparecimento de camadas de ar com diferentes densidades surgem entatildeo forccedilas ascendentes que elevam o ar mais quente (mais leve) atraveacutes do ar vizinho mais frio (mais denso)
Obviamente o gradiente de temperatura dentro de uma camada atmosfeacuterica eacute diferente daqueles referentes a adiabaacutetica seca e a adiabaacutetica saturada A relaccedilatildeo entre o gradiente e a temperatura do ambiente atmosfeacuterico ( () e o gradiente da adiabaacutetica seca eacute que determina a umidade convectiva do ar Seja por hipoacutetese que uma partiacutecula de ar seco em equiliacutebrio teacutermico com o meio ambiente seja levada por algum motivo a uma altitude maior que a inicial O movimento ascendente da partiacutecula natildeo modifica a estrutura da atmosfera circunvizinha Como a parcela sob verticalmente ela esfria a uma taxa (() (adiabaacutetica seca) enquanto que a temperatura ambiente decresce a uma taxa ( ( )
a) Se
G
lt
g
( (parcela) ( (ambiente)
tparc lt tamb mais frio mais denso parcela desce (estaacutevel)
b) Se
G
gt
g
( (ambiente) ( (parcela)
tparc gt tamb mais quente menos densa parcela sobe (instaacutevel)
Figura 35 ndash Estabilidade e Instabilidade Convectiva (Fonte VILLELA1975)
Caso a parcela natildeo esteja saturada comeccedilaraacute no inicio a comportar-se como ar seco em ascensatildeo ( (d) Entretanto em um dado momento chegaraacute agrave temperatura de ponto de orvalho e passaraacute a comporta-se como ar saturado ( (s) A umidade que foi condensada do ar resfriado em ascensatildeo torna-se visiacutevel como nuvem sendo a sua base representativa do niacutevel de condensaccedilatildeo O topo da nuvem continua a se desenvolver ateacute alcanccedilar uma camada estaacutevel
Figura 36 ndash Nuvem cumulonimbus (Fonte INMET)
4 Vento
O ar estaacute em movimento e isto eacute sentido como vento Ele influencia processos hidrometeoroloacutegicos uma vez que ao retirar a camada de ar saturado proacutexima ao solo e substituiacute-la por uma com menos umidade faz com que o processo de evaporaccedilatildeo seja contiacutenuo
Satildeo necessaacuterios dois fatores para especificar o vento direccedilatildeo e velocidade Os instrumentos utilizados para medida destas grandezas satildeo os anemocircmetros que medem a velocidade do vento (em ms) e em alguns tipos tambeacutem a direccedilatildeo (em graus) e os anemoacutegrafos que registram continuamente a direccedilatildeo (em graus) e a velocidade instantacircnea do vento (em ms) a distacircncia total (em km) percorrida pelo vento com relaccedilatildeo ao instrumento e as rajadas (em ms)
Figura 37 ndash Anemocircmetro
Figura 38 ndash Anemoacutegrafo
Devido a sua posiccedilatildeo em relaccedilatildeo a circulaccedilatildeo geral da atmosfera o Nordeste tem vento prevalecentes do sudeste que podem se tornar mais zonais de acordo com a eacutepoca do ano (estaccedilatildeo chuvosa)
Figura 39 ndash Direccedilatildeo meacutedia dos ventos de superfiacutecie em janeiro (Fonte Raudikivi 1979)
Figura 310 ndash Campos de umidade relativa movimento vertical (500mb) e campos de vento (200mb e 850mb) (Fonte NMCSAD)
Capiacutetulo13
3 13
13
Hidrologia Aplicada13
13
13
13
13
EMBED PBrush 13
13
EMBED PBrush 13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
Elementos de Hidrometeorologia13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
13
Notas de Aula ndash Prof a Ticiana Marinho de Carvalho Studart
10
Notas de Aula ndash Prof a Ticiana Marinho de Carvalho Studart
_1115469946unknown
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_1046160689
_1046161773
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2Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Sob a accedilatildeo de uma fonte de calor a aacutegua vai sendo evaporada ateacute o estado de equiliacutebrio quando o
ar estaacute saturado de vapor e natildeo pode mais absorvecirc-lo As moleacuteculas de vapor drsquoaacutegua exerceratildeo
entatildeo uma pressatildeo denominada pressatildeo de saturaccedilatildeo de vapor drsquoaacutegua (es) para determinada
temperatura do sistema
O valor de es muda com a temperatura como mostra a Figura 1
Figura 31 ndash Pressatildeo de saturaccedilatildeo de vapor (Fonte Varejatildeo-Silva 2001)
A Figura 31 mostra que ocorre com a parcela de ar P com pressatildeo de vapor ldquoerdquo e temperatura ldquotrdquo
Notas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
3Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Uma vez que o ponto ldquoPrdquo se encontra abaixo da curva de pressatildeo de saturaccedilatildeo de vapor estaacute claro
que a massa de ar pode absorver mais umidade Teoricamente a saturaccedilatildeo do ar pode se dar por trecircs
processos baacutesicos
1 Processo isoteacutermico ndash a temperatura eacute mantida constante e o vapor drsquoaacutegua eacute
incorporado ao ar para suprir sua deficiecircncia de umidade (ds)
ds = es ndash e (31)
2 Processo isobaacuterico ndash a pressatildeo eacute conservada constante e o ar eacute submetido a um
resfriamento ateacute interceptar a curva de saturaccedilatildeo de vapor Estaacute temperatura corresponde a
temperatura do ponto de orvalho (td)
3 Livre saturaccedilatildeo ndash se a aacutegua evapora livremente dentro da massa de ar a saturaccedilatildeo eacute
atingida a pressatildeo e temperaturas diferentes das que tinha inicialmente uma vez que a
evaporaccedilatildeo necessita de calor (calor latente de evaporaccedilatildeo) que eacute retirado do proacuteprio ar
Assim a medida que a umidade e a pressatildeo aumentam a temperatura diminui O ponto P iraacute
se mover na diagonal ateacute atingir a curva de saturaccedilatildeo a uma temperatura tw denominada de
ldquotemperatura do bulbo uacutemidordquo
21 Umidade Relativa
Em geral o ar natildeo estaacute saturado conteacutem apenas uma fraccedilatildeo do vapor drsquoaacutegua possiacutevel Essa fraccedilatildeo
expressa em percentagem eacute denominada umidade relativa (ur)
( )100s
r eeu =
Tabela 31 ndash Conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua no ar em vaacuterias umidades relativas (Fonte Forsdyke 1969)
Conteuacutedo de vapor drsquoaacutegua (gm3)
Temperatura 593 340 187 98 49
40degC 100 57 31 17 8
30degC --- 100 55 29 14
20degC --- --- 100 52 26
10degC --- --- --- 100 50
Notas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
4Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
0degC --- --- --- --- 100
O Psicrocircmetro eacute o instrumento empregado para a mediccedilatildeo da umidade atmosfeacuterica Ele consiste de
dois termocircmetros ndash o de bulbo uacutemido e o de bulbo seco
Figura 32 ndash Diagrama de um psicrocircmetro mostrando o princiacutepio do termocircmetro de bulbo uacutemido
(Fonte Villela 1975)
O valor de ldquoerdquo para uma dada temperatura eacute obtido pela equaccedilatildeo
( ) ( )ww ttee minus=minus γ (32)
Onde
tw ndash Temperatura do termocircmetro de bulbo uacutemido
t ndash Temperatura do termocircmetro de bulbo seco
ew ndash Pressatildeo de vapor correspondente a temperatura tw (Tabela 32)
γ ndash Constante do psicrocircmetro (γ = 06 se e (mb) t (degC) e velocidade do ar entre os bulbos
de 3ms e γ = 0485 se e (mmHg) )
Notas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
5Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Tabela 32 ndash Pressatildeo de saturaccedilatildeo de vapor (es) em mmHg em funccedilatildeo da temperatura em degC
es
t (o C) 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09
-10 215
-9 232 230 229 227 226 224 222 221 219 217
-8 251 249 247 245 243 241 240 238 236 234
-7 271 269 267 265 263 261 259 257 255 253
-6 293 291 289 286 284 282 280 277 275 273
-5 316 314 311 309 306 304 301 299 297 295
-4 341 339 337 334 332 329 327 324 322 318
-3 367 364 362 359 357 354 352 349 346 344
-2 397 394 391 388 385 382 379 376 373 370
-1 426 423 420 417 414 411 408 405 403 400
-0 458 455 452 449 446 443 440 436 433 429
------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- ------- -------
0 458 462 465 469 471 475 478 482 486 489
1 492 496 500 503 507 511 514 518 521 525
2 529 533 537 540 544 548 553 557 560 564
3 568 572 576 580 584 589 593 697 601 606
4 610 614 618 623 627 631 636 640 645 649
5 654 658 654 668 672 677 682 686 691 696
6 701 706 711 716 720 725 731 736 741 746
7 751 756 761 767 772 777 782 788 793 798
8 804 810 815 821 826 832 837 843 848 854
9 861 867 873 878 884 890 896 902 908 914
10 920 926 933 939 946 952 958 965 971 977
11 984 990 997 1003 1010 1017 1024 1031 1038 1045
12 1052 1058 1066 1072 1079 1086 1093 1100 1108 1115
13 1123 1130 1138 1175 1153 1160 1168 1176 1183 1191
14 1198 1206 1214 1222 1296 1238 1246 1254 1262 1270
15 1278 1286 1295 1303 1311 1320 1328 1337 1345 1354
16 1363 1371 1380 1390 1399 1408 1417 1426 1435 1444
Notas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
6Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
17 1453 1462 1471 1480 1490 1499 1509 1517 1527 1538
18 1546 1556 1566 1576 1596 1596 1606 1616 1626 1636
19 1646 1657 1668 1679 1690 1700 1710 1721 1732 1743
20 1753 1764 1775 1786 1797 1808 1820 1831 1843 1854
21 1865 1877 1888 1900 1911 1923 1935 1946 1958 1970
22 1982 1994 2006 2019 2031 2043 2058 2069 2080 2093
23 2105 2119 2132 2145 2158 2171 2184 2197 2210 2223
24 2227 2250 2263 2276 2291 2305 2319 2331 2345 2360
25 2375 2390 2403 2420 2435 2449 2464 2479 2508 2509
26 2531 2545 2560 2574 2589 2603 2618 2632 2646 2660
27 2674 2690 2705 2721 2737 2753 2769 2785 2800 2816
28 2832 2849 2866 2883 2900 2917 2934 2951 2968 2985
29 3003 3020 3038 3056 3074 3092 3110 3128 3146 3164
30 3182 3200 3219 3238 3257 3276 3295 3314 3333 3352
Notas de
Figura 33 ndash Psicrocircmetro
Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
7Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
A Figura 34 mostra o mapa da umidade relativa meacutedia anual no Brasil medida pelo INMET no
periacuteodo de 1930 a 1990 (Normais Climatoloacutegicas)
Figur
3 TEMPERATU
Geograficamente
Equador Verific
comportamento
Durante o dia a
temperatura maacutex
atmosfera satildeo aq
Devido a diverso
temperatura tam
065degC100m) O
Associados aos p
a 34 ndash Umidade relativa anual (Fonte INMET(httpwwwinmetgovbrprodutos)
RA
haacute uma tendecircncia de elevaccedilatildeo de temperatura a medida que se aproxima do
a-se entretanto que a topografia e a vegetaccedilatildeo pode comprometer este
incidecircncia da radiaccedilatildeo solar provoca o aquecimento da superfiacutecie que alcanccedila sua
ima algumas horas apoacutes o sol ter alcanccedilado o seu zecircnite As camadas inferiores da
uecidas pela radiaccedilatildeo de onda longa emitida pela superfiacutecie terrestre
s processos de troca de calor no sistema Terra-Atmosfera existe uma distribuiccedilatildeo de
beacutem segundo a direccedilatildeo vertical conhecida como gradiente vertical de temperatura (-
estudo desse gradiente eacute importante para a influecircncia da estabilidade atmosfeacuterica
rocessos de evoluccedilatildeo do ar satildeo definidos trecircs gradientes teoacutericos
Notas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
8Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
1 Gradiente de temperatura adiabaacutetica seca (αd)
bull Parcela de ar ascendente
bull Expande-se devido ao decreacutescimo de pressatildeo
bull Temperatura decresce (-1degC100m)
2 Gradiente de temperatura adiabaacutetica saturada (αs)
bull Quando a parcela de ar em ascensatildeo atinge o niacutevel de condensaccedilatildeo a pressatildeo continua decrescente
bull Gradiente menor (-054degC100m)
3 Gradiente de temperatura pseudo-adiabaacutetico
Figura 34 ndash Formas de precipitaccedilatildeo (Fonte Raudikivi 1979)
31 Estabilidade e Instabilidade Convectiva
Uma vez que ar aquecido decresce em densidade ele tende a se tornar mais leve Entretanto a
superfiacutecie terrestre natildeo eacute homogecircnea e faz com que o ar seja aquecido de forma desigual o que
resulta no aparecimento de camadas de ar com diferentes densidades surgem entatildeo forccedilas
ascendentes que elevam o ar mais quente (mais leve) atraveacutes do ar vizinho mais frio (mais denso)
Obviamente o gradiente de temperatura dentro de uma camada atmosfeacuterica eacute diferente daqueles
referentes a adiabaacutetica seca e a adiabaacutetica saturada A relaccedilatildeo entre o gradiente e a temperatura do
ambiente atmosfeacuterico (γ) e o gradiente da adiabaacutetica seca eacute que determina a umidade convectiva do
ar Seja por hipoacutetese que uma partiacutecula de ar seco em equiliacutebrio teacutermico com o meio ambiente seja
levada por algum motivo a uma altitude maior que a inicial O movimento ascendente da partiacutecula
Notas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
9Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
natildeo modifica a estrutura da atmosfera circunvizinha Como a parcela sob verticalmente ela esfria a
uma taxa (Γ) (adiabaacutetica seca) enquanto que a temperatura ambiente decresce a uma taxa ( γ )
a) Se Γltγ
Γ (parcela) γ (ambiente)
tparc lt tamb mais frio mais denso parcela desce (estaacutevel)
b) Se Γgtγ
γ (ambiente) Γ (parcela)
tparc gt tamb mais quente menos densa parcela sobe (instaacutevel)
Figura 35 ndash Estabilidade e Instabilidade Convectiva (Fonte VILLELA1975)
Caso a parcela natildeo esteja saturada comeccedilaraacute no inicio a comportar-se como ar seco em ascensatildeo
(αd) Entretanto em um dado momento chegaraacute agrave temperatura de ponto de orvalho e passaraacute a
comporta-se como ar saturado (αs) A umidade que foi condensada do ar resfriado em ascensatildeo torna-
se visiacutevel como nuvem sendo a sua base representativa do niacutevel de condensaccedilatildeo O topo da nuvem
continua a se desenvolver ateacute alcanccedilar uma camada estaacutevel
Notas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
10Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Figura 36 ndash Nuvem cumulonimbus (Fonte INMET)
4 Vento
O ar estaacute em movimento e isto eacute sentido como vento Ele influencia processos hidrometeoroloacutegicos
uma vez que ao retirar a camada de ar saturado proacutexima ao solo e substituiacute-la por uma com menos
umidade faz com que o processo de evaporaccedilatildeo seja contiacutenuo
Satildeo necessaacuterios dois fatores para especificar o vento direccedilatildeo e velocidade Os instrumentos utilizados
para medida destas grandezas satildeo os anemocircmetros que medem a velocidade do vento (em ms) e
em alguns tipos tambeacutem a direccedilatildeo (em graus) e os anemoacutegrafos que registram continuamente a
direccedilatildeo (em graus) e a velocidade instantacircnea do vento (em ms) a distacircncia total (em km) percorrida
pelo vento com relaccedilatildeo ao instrumento e as rajadas (em ms)
N
Figura 37 ndash Anemocircmetro
otas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
11Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Figura 38 ndash Anemoacutegrafo
Devido a sua posiccedilatildeo em relaccedilatildeo a circulaccedilatildeo geral da atmosfera o Nordeste tem vento prevalecentes
do sudeste que podem se tornar mais zonais de acordo com a eacutepoca do ano (estaccedilatildeo chuvosa)
Figura 39 ndash Direccedilatildeo meacutedia dos ventos de superfiacutecie em janeiro (Fonte Raudikivi 1979)
Notas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
12Capiacutetulo 1 Hidrologia Aplicada
Figura 310 ndash Campos de umidade relativa movimento
vertical (500mb) e campos de vento (200mb e 850mb) (Fonte NMCSAD)
Notas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro
CCaappiacuteiacutettuulloo
441 INTRODUCcedilAtildeO
A histoacuteria do Nordeste brasileiro (NEB) estaacute intimamente ligada agrave histoacuteria da seca A falta drsquoaacutegua
necessaacuteria agrave subsistecircncia do homem do campo eacute uma faceta do problema uma outra que tambeacutem deve
ser destacada natildeo tem propriamente natureza climaacutetica mas econocircmica e social Os efeitos da seca se
apresentam sob vaacuterias formas seja pelo aumento do desemprego rural pobreza e fome seja pela
subsequumlente migraccedilatildeo das aacutereas afetadas
A adversidade do clima aliada agrave anaptidatildeo do homem para superaacute-la resultou sempre em traacutegicas
consequumlecircncias para a populaccedilatildeo atingida cujos suportes econocircmicos baacutesicos a agricultura e a pecuaacuteria
satildeo dimensionados invariavelmente para os anos mais chuvosos
Muito se tem estudado sobre os vaacuterios aspectos do clima do NEB no sentido de uma melhor
compreensatildeo acerca dos fatores determinantes de suas condiccedilotildees anocircmalas
A meteorologia empreende a vaacuterias deacutecadas tentativas de desenvolver meacutetodos cientiacuteficos capazes
de prever o clima da regiatildeo seja por meacutetodos estatiacutesticos ou meacutetodos baseados na fenomenologia fiacutesica
Muitos progressos jaacute tem sido alcanccedilados na compreensatildeo da interaccedilatildeo oceano-atmosfera Entretanto os
mecanismos dinacircmicos intervenientes natildeo estatildeo propriamente identificados devido ao nosso ainda tatildeo
limitado conhecimento frente a fenocircmenos de tatildeo grande complexidade
2 ASPECTOS DA GRANDE ESCALA DA CIRCULACcedilAtildeO ATMOSFEacuteRICA
RELACIONADOS AO CLIMA DO NORDESTE BRASILEIRO
Era de se esperar que por sua posiccedilatildeo geograacutefica (1o ndash 18o S 36o ndash 47o W) o NEB apresentasse
uma distribuiccedilatildeo pluviomeacutetrica semelhante a de regiotildees proacutexima ao Equador Entretanto a precipitaccedilatildeo
meacutedia anual sobre a regiatildeo a qual se encontra ao leste de uma grande floresta tropical a Amazocircnica eacute
bem menor que a precipitaccedilatildeo meacutedia equatorial (Moura amp Shukla 1981) A regiatildeo tem um clima tiacutepico
das regiotildees semi-aacuteridas apresentando em quase toda a sua totalidade baixos iacutendices pluviomeacutetricos
(menores que 800 mm) e estaccedilatildeo chuvosa bem definida concentrada em poucos meses
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 2
Essa semi-aridez parece ser determinada primordialmente pela circulaccedilatildeo geral da atmosfera ou
seja um fenocircmeno externo agrave regiatildeo Neste sentido consideram-se duas circulaccedilotildees de escala planetaacuteria
responsaacuteveis pelas enormes variaccedilotildees espaciais do clima entre regiotildees situadas a uma mesma latitude ndash
as de sentido leste-oeste (Walker) e norte-sul (Hadley)
Eacute um fato amplamente aceito que as circulaccedilotildees tropicais de escala global satildeo em grande parte
controladas pelos sumidouros e fontes de calor nos troacutepicos (aquecimento diabaacutetico ocasionado
principalmente pela liberaccedilatildeo de calor latente devido agrave convecccedilatildeo cuacutemulus)
As regiotildees que visualmente constituem as fontes de calor latente satildeo as regiotildees tropicais da
IndoneacutesiaNorte da Austraacutelia da Aacutefrica e Amazocircnia que se apresentam em meacutedia com maacutexima
cobertura de nuvens especialmente durante o veratildeo do Hemisfeacuterio Sul (HS) por outro lado as regiotildees de
sumidouro de calor localizam-se nas regiotildees tropicais do Atlacircntico e Paciacutefico (Krishnamurti et alii 1973
Newel et alii 1974 WMO 1985 Kayano 1987)
Das fontes de calor citadas a regiatildeo da Indoneacutesia eacute no globo a de maior atividade convectiva O
ar quente e uacutemido sobre esta regiatildeo sofre intenso movimento ascendente desloca-se nos altos niacuteveis para
leste onde se resfria indo subsidir na regiatildeo do Paciacutefico Subtropical Leste perto da Ameacuterica do Sul Essa
massa de ar seco desloca-se entatildeo para a regiatildeo de origem desta vez em baixo niacuteveis esquecendo-se
durante o percurso Este ciclo fechado sobre o Paciacutefico recebe o nome de ldquoCeacutelula de Walkerrdquo e faz
parte da circulaccedilatildeo de mesmo nome que atua na direccedilatildeo leste-oeste sobre a faixa tropical e subtropical
do planeta
A Figura 41 ilustra esquematicamente no plano vertical e nas latitudes equatoriais as circulaccedilotildees
leste-oeste bem como as aacutereas de fonte de calor
Figura 41 - Diagrama esquemaacutetico das circulaccedilotildees atmosfeacutericas de grande escala (ceacutelula de Walker)
(Fonte Houghton 1985)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 3
Observam-se nas regiotildees de movimentos ascendentes (nos toacutepicos) baixas pressotildees ao niacutevel do
mar convergecircncia nos baixos niacuteveis e circulaccedilatildeo ciclocircnica De modo contraacuterio as regiotildees de subsidecircncia
(nos subtroacutepicos) satildeo caracterizadas por altas pressotildees movimentos divergentes em baixos niacuteveis e
circulaccedilatildeo anticiclocircnica A massa de ar que se desloca de leste para oeste proacutexima agrave superfiacutecie na regiatildeo
equatorial constitui os ventos aliacutesios que no caso do Paciacutefico Sul sopram de sudeste
A circulaccedilatildeo anticiclocircnica eacute tambeacutem responsaacutevel pela Corrente Mariacutetima de Humbolt que costeia a
Ameacuterica do Sul arrastando aacuteguas frias das latitudes sub-antarticas para a regiatildeo equatorial (Figura 42)
Quando atinge o Equador a corrente eacute desviada para o oeste chamando-se entatildeo Corrente Equatorial
que vai sendo progressivamente aquecida para jaacute como corrente de aacuteguas quentes ser finalmente
desviada para regiotildees polares onde volta a se esfriar completando o ciclo
Figura 42 Ceacutelula de Walker com ascensatildeo do ar quente e uacutemido sobre a Amazocircnia e sua
descida lenta (subsidecircncia) sobre o Atlacircntico Tropical e o Nordeste do brasil
(Fonte Ciecircncia Hoje 1985)
A segunda das trecircs principais ceacutelulas formadoras da Circulaccedilatildeo de Walker estaacute localizada sobre o
Atlacircntico A Floresta Tropical Amazocircnica constitui-se numa aacuterea de intenso movimento ascendente O
ramo descendente desta ceacutelula situa-se sobre o Atlacircntico Subtropical Sul e ao incluir o Nordeste atua
sobre a regiatildeo inibindo a formaccedilatildeo de chuvas
Similarmente agraves fontes de calor da circulaccedilatildeo leste-oeste existe sobre o Atlacircntico Equatorial uma
faixa latitudinal denominada Zona de Convergecircncia Intertropical (ZCIT) local de intensos movimentos
ascendentes de ar alta nebulosidade e precipitaccedilatildeo seus ramos descendentes situam-se sobre as
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 4
latitudes subtropicais de ambos os hemisfeacuterios Esta circulaccedilatildeo que se daacute na direccedilatildeo norte-sul eacute
conhecida como Circulaccedilatildeo de Hadley e embora distinta da de Walker para fins didaacuteticos natildeo pode ser
efetivamente separada vez que as duas geralmente ocorrem simultaneamente
As principais causas das secas no NEB parecem ter origem externa poreacutem a semi-aridez da regiatildeo
eacute provavelmente acentuada por caracteriacutesticas locais tais como o albedo (alta refletividade de sua crosta)
e a topografia (Ciecircncia Hoje 1985) Segundo Charney (1975) um alto albedo consequumlecircncia de
inexistecircncia de vegetaccedilatildeo desenvolve um mecanismo de perpetuaccedilatildeo das condiccedilotildees deseacuterticas vez que
o contraste teacutermico resultante entre a atmosfera sobre a regiatildeo mais fria (em funccedilatildeo da maior
refletividade do solo) e a de suas adjacecircncias (mais quentes devido ao menor albedo) induz uma
circulaccedilatildeo friccionalmente controlada a qual importa calor nos altos niacuteveis e manteacutem o equiliacutebrio atraveacutes
de movimentos descendentes (Gomes 1979) que por sua vez e no caso especiacutefico do NEB intensificam
os outros movimentos de subsidecircncia associados agrave crculaccedilatildeo Hadley-Walker
3 VARIACcedilOtildeES SAZONAIS DA PRECIPITACcedilAtildeO
O curso sazonal da precipitaccedilatildeo na maior parte do NEB eacute caracterizado pela sua concentraccedilatildeo em
poucos meses o que torna a estaccedilatildeo chuvosa bem definida (Figura 43) As partes norte e central do NEB
(Cearaacute oeste do Rio Grande do Norte e interior dos Estados da Paraiacuteba e Penambuco) incluem o semi-
aacuterido e apresentam maacutexima precipitaccedilatildeo durante marccedilo e abril (Aldaz 1971) coincidente com a posiccedilatildeo
mais sul da ZCIT (Ratisbona 1976) e com o aparecimento de Linhas de Instabilidade (LI)
As aacutereas da costa leste (do leste do Rio Grande do Norte ateacute o sul da Bahia) recebem a maacutexima
precipitaccedilatildeo durante maio e junho e satildeo influenciadas pelo escoamento meacutedio e brisas terra-mar
(Ramos 1975) pelos aglomerados convectivos que se propagam para oeste (Yamazaki e Rao 1977)
pelos voacutertices ciclocircnicos de ar superior (VCAS) (Kousky e Gan 1981) e pelos remanescentes dos sistemas
frontais na parte sul
A concentraccedilatildeo de chuvas no setor sul (interior da Bahia) ocorre de novembro a marccedilo com um
maacuteximo em dezembro e estaacute associada com as incursotildees dos sistemas frontais na direccedilatildeo equatorial
Existem ainda certas regiotildees cujos regimes de precipitaccedilatildeo apresentam dois maacuteximos anuais
resultantes da existecircncia de distuacuterbios de escala sinoacutetica que atuam em eacutepoca distintas Isto ocorre no
setor centro-norte da Bahia (dezembro e marccedilo) e no seu litoral (dezembo e maio) (Strang 1972
Kousky 1979)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 5
Figura 43 - Distribuiccedilatildeo espacial do mecircs no qual a precipitaccedilatildeo meacutedia mensal
atinge o maacuteximo Dados do periacuteodo 1931 ndash 1960 (Fonte
Kousky 1979)
31 A ZONA DE CONVERGEcircNCIA INTERTROPICAL (ZCIT)
Reconhece-se como mecanismo organizador de conveccccedilatildeo nas porccedilotildees norte e central do NEB a
proximidade da ZCIT Esta zona eacute um verdadeiro cinturatildeo de baixa pressatildeo formado sobre os oceanos
equatoriais e eacute assim denominada por se tratar da faixa para onde os ventos aliacutesios dos dois Hemisfeacuterios
convergem constituindo uma banda de grande convecccedilatildeo altos iacutendices de precipitaccedilatildeo e movimento
ascendente Ela se aproxima de sua forma quase linear sobre o Oceano Atlacircntico (Figura 44) onde se
apresenta geralmente como uma faixa latidudinal bem definida de nebulosidade onde interagem entre
si a Zona de Confluecircncia dos Aliacutesios (ZCA) o Cavado Equatorial a zona maacutexima Temperatura da
Superfiacutecie do Mar (TSM) e a banda de maacutexima cobertura de nuvens convectivas natildeo necessariamennte a
uma mesma latitude mas muito proacuteximos uns dos outros (Uvo 1989)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 6
A verdade eacute que o conjunto acima como um todo tem um deslocamento meridional durante o
ano podendo a ZCIT ser representada pelo deslocamento de apenas um dos elementos integrantes
devido a alta correlaccedilatildeo existentes entre eles Eacute comum considerar o deslocamento da banda de maacutexima
cobertura de nuvens como respresentativo do movimento da ZCIT (Figura 45)
Era de se esperar que a ZCIT se situasse sobre o Equador poreacutem devido a maior parte dos
continentes se encontrar no Hemisfeacuterio Norte (HN) e a cobertura de gelo ser maior na Antaacutertica a faixa
de aacutegua do mar e ar mais aquecidos se localiza natildeo no Equador geograacutefico mas ao norte dele no
chamado Equador Meteoroloacutegico regiatildeo esta onde aa ZCIT permanece grande parte do ano Ela se
desloca na direccedilatildeo meridional entre 14o N e 02o S de latitude seguindo com certo atraso o movimento
intra-anual do sul (Climanaacutelise 1986)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 7
Figura 44 - Imagens do Sateacutelite METEOSAT no Canal Infra-vermelho no Dia 06 de
fevereiro agraves 1500hs mostrando a Influecircncia da ZCIT sobre a Precipitaccedilatildeo
do Nordeste Brasileiro a) Global b) Setorizada
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 8
Figura 45 - Posiccedilatildeo geograacutefica meacutedia do eixo de nebulosidade convectiva (indicativo da posiccedilatildeo da Zona
de Convergecircncia Intertropical-ZCIT) sobre o Oceano Atlacircntico de 00o W a 45o W estimada
nas imagens do canal infra-vermelho do sateacutelite METEOSAT meacutedias de cinco dias
indicadas na figura para ABRIL89 As posiccedilotildees geograacuteficas de Fortaleza e dos Rochedos
de Satildeo Paulo estatildeo indicadas na figura com as siglas F e RSPSP respectivamente (Fonte
ORSTOMDAKAR)
As variaccedilotildees sazonais da precipitaccedilatildeo no setor norte do NEB parecem estar intimamente ligadas agraves
oscilaccedilotildees latitudinais da ZCIT sobre o atlacircntico sendo a estaccedilatildeo chuvosa coincidente com a posiccedilatildeo mais
ao sul que a ZCIT atinge durante os meses de marccedilo a abril A medida que essa comeccedila o seu retorno
para o HN atingindo sua maacutexima posiccedilatildeo norte em agosto e setembro o ar ascende sobre a ZCIT e
descende sobre o Atlacircntico Subtropical Sul criando condiccedilotildees pouco propiacutecias agrave formaccedilatildeo e nuvens sobre
a regiatildeo (estaccedilatildeo seca)
32 LINHA DE INSTABILIDADE (LI)
As brisas mariacutetimas e terrestres (Figura 46) satildeo circulaccedilotildees locais que ocorrem em resposta ao
gradiente horizontal de pressatildeo que por sua vez eacute provocado pelo contraste de temperatura diaacuterio entre
oceano e continente (Chandler 1972 e Hawkins 1977)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 9
Figura 46 ndash Diagrama esquemaacutetico de (a) brisa mariacutetima ou lacustre e (b) brisa
terrestre Os siacutembolos ∆ z1 e ∆ z2 apresentam a espessura sobre a
aacutegua e sobre a terra respectivamente para a camada p1 rarr p2
(Fonte Cavalcanti 1982)
Uma das caracteriacutesticas da brisa mariacutetima consiste na formaccedilatildeo de uma linha de Cumulonimbus
(Cbs) ao longo do extremo norte-nordeste da Ameacuterica do Sul que pode se propagar como uma LI
ocasionando chuvas nas aacutereas anterores do continente o grau de penetraccedilatildeo pode ser maior que 100
km dependendo do escoamento de grande escala (Kousky 1980) Este desenvolvimento ao longo da
costa sofre variaccedilatildeo sazonal tanto na localizaccedilatildeo como na frequumlecircncia de aparecimento (Figura 47)
Variaccedilotildees na intensidade tambeacutem ocorrem no decorrer do ano
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 10
Figura 47 ndash Localizaccedilatildeo da linha de Comulunimbo (aacuterea hachuradas) e nebulosidade da ZCIT
(aacutereas claras indicando nuvens) para o periacuteodo de janeiro abril julho e dezembro
(Fonte Cavalcanti 1982)
Os fenocircmenos de grande escala reforccedilaram ou inibem os efeitos provocados pelas circulaccedilotildees
locais (Riehl 1979) Uma seacuterie de distuacuterbios de escala sinoacutetica (1000 a 7000km) influenciam diretamente
essas circulaccedilotildees no sentido de aumentar (ou diminuir) suas atividades Entre estes sistemas podemos
criar o deslocamento de massa de ar frio para regiotildees mais quentes formando zonas frontais e a mudanccedila
sazonal de ar frio para regiotildees mais quentes formando zonas frontais e a mudanccedila sazonal do
escoamento atmosfeacuterico nos centros de pressatildeo e da posiccedilatildeo da ZCIT As Lis satildeo mais frequumlentes ao
norte do Equador no inverno e primavera do HS embora as mais intensas ocorram em geral ao sul do
Equador durante o veratildeo e outono do HS quase sempre associadas agrave intensa atividade convectiva da
ZCIT Nos meses em que natildeo haacute desenvolvimento da linha convectiva na costa Norte-Nordeste do Brasil
a ZCIT estaacute deslocada para a sua posiccedilatildeo mais ao norte ou haacute forte convergecircncia na parte oeste do
continente produzindo movimento subsidente e ausecircncia de precipitaccedilatildeo na costa Norte-Nordeste do
Brasil
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 11
Os sistemas frontais oriundos do continente sulamericano podem em alguns casos apresentar
uma localizaccedilatildeo no sentido sudeste-noroeste em latitudes mais ao norte o que influencia a formaccedilatildeo de
Lis pelo aumento de convergecircncia na costa (Cavalcanti 1982)
Embora o desenvolvimento das Lis associadas agrave brisa mariacutetima sejam dependentes da localizaccedilatildeo e
intensidade de sistemas sinoacutetios tal atividade convectiva pode em alguns casos formar-se isoladamente
sob influecircncia apenas da diferenccedila de aquecimento superficial diurno (Cavalcanti 1982 Hubert et alli
1969 Seha 1974 Grubep 1972)
33 FRENTES FRIAS
Zonas frontais sistemas frontais ou simplesmente frentes satildeo regiotildees de descontinuidade teacutermica
separando duas massas de ar de caracteriacutesticas diferentes Satildeo em geral delgadas zonas de transiccedilatildeo
entre uma massa de ar quente (menos densa) e uma de ar frio (mais densa) O deslocamento relativo
das massas de ar eacute que define a denominaccedilatildeo frente fria por exemplo eacute aquela no qual o ar frio
proveniente de altas e meacutedias latitudes avanccedila em direccedilatildeo ao ar quente empurrando para cima
provocando sua ascenccedilatildeo e posterior condensaccedilatildeo (Gedzelman 1985)
Figura 48 ndash Secccedilatildeo transversal esquemaacutetica das frentes e da movimentaccedilatildeo das massas de
ar associadas As iniciais representam os tipos de nuvens (Ci-cirrus Cu-
Cumulonimbus NS-Ninbustratum Cs-Cirrostratus e Sc-stratocumulus)
(Fonte Houghton 1985)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 12
A penetraccedilatildeo de sistemas frontais no NEB ocasiona prolongados periacuteodos de chuvas no centro-
sul da Bahia e desempenham um importante papel no seu regime de precipitaccedilatildeo cujo maacuteximo eacute atingido
nos meses de dezembro e janeiro Sabe-se ainda que remanescentes desses sistemas podem tambeacutem
organizar alguma atividade convectiva ao longo da costa original do NEB durante o outono e inverno
ocasionando um acreacutescimo de precipitaccedilatildeo na regiatildeo (Kousky 1979)
Figura 49 - Diagrama esquemaacutetico indicando a posiccedilatildeo mais ao norte de sistemas frontais os quais
afetam o Norteste e a nebulosidade convectiva associada a eles (Fonte oliveira 1986)
Figura 410 - Imagens do Sateacutelite METEOSAT no canal infra-vermelho do dia 16 de marccedilo de 1991 agraves15oohs Mostrando a incursatildeo de uma frente fria no Nordeste brasileiro A) Global b)Setorizada (Fonte FUNCEME)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 13
34 AGLOMERADOS CONVECTIVOS DISTUacuteRBIOS ATMOSFEacuteRICOS
DE LESTE PROVENIENTES DO ATLAcircNTICO SUL TROPICAL
Ao longo da costa oriental do NEB desde o leste do Rio Grande do Norte ateacute o sul da Bahia o
maacuteximo pluviomeacutetrico ocorre durante os messes de maio e junho (Kousky 1979) Os mecanismos
associados agrave produccedilatildeo da precipitaccedilatildeo neste setor do NEB parecem ser os agrupamentos convectivos
detectadas por Yamazaki e Rao (1977) sobre o Atlacircntico Tropical Sul A periodicidade associada a esses
distuacuterbios foi de vaacuterios dias com uma velocidade meacutedia de propagaccedilatildeo de cerca de 10 ms (10o longitude
por 1 dia)
Estas perturbaccedilotildees conhecidas como ldquoOndas de Lesterdquo satildeo semelhantes as que se propagam no
HN A situaccedilatildeo no Atlacircntico Sul eacute entretanto distinta daquela vez que em nenhuma estaccedilatildeo do ano as
perturbaccedilotildees se desenvolvem em ciclones ou mesmo em intensas perturbaccedilotildees tropicais (Yamazaki and
Rao 1977)
Figura 411 ndash Regiotildees provaacuteveis de ocorrer propagaccedilatildeo dos distuacuterbios
leste (Fonte Yamazaki and Rao 1977)
Ainda segundo Yamazaki and Rao (1977) estes distuacuterbios originam-se na costa da Aacutefrica e
deslocam-se ateacute a costa brasileira em alguns casos aparecem ateacute mesmo adentar um pouco sobre o
continente sulamericano Outra observaccedilatildeo feita eacute que ratificando estudos feitos por Wallace estes ldquo
Distuacuterbios de lesterdquo surgem somente durante o inverno do HS periacuteodo coincidente com a estaccedilatildeo do
setor leste do NEB
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 14
Figura 412 - Imagens setorizadas do Sateacutelite METEOSAT no canal infra-vermelho mostrando a incursatildeo de
ldquodistuacuterbios de lesterdquo no Nordeste Brasileiro nos dias a) 01 de julho de 1990 b) 02 de julho de
1990 e c) 03 de julho de 1990 (Fonte FUNCEME)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 15
35 VOacuteRTICES CICLOcircNICOS DE AR SUPERIOR (VCAS)
As estaccedilotildees chuvosas dos setores norte e leste do NEB que climatoloacutegicamente apresentam os
maacuteximos em marccedilo-abril emaio-junho respectivamente satildeo influenciadas aleacutem de outros por vaacuterios
sistemas meteoroloacutegicos transientes que atuam como forccedilantes para organizar a convecccedilatildeo nessas
regiotildees Um desses sistemas eacute o VCAS (Kousky e Gen 1981)
Figura 413 - Imagens do sateacutelite METEOSAT no canal infra-vermelho no dia 02 de fevereiro de 1991 agraves
1500hs Mostrandoa influecircncia de um VCAS na precipitaccedilatildeo no Nordeste Brasileiro
a) Setorizada e b) Global (Fonte FUNCEME)
Kousky e Gan (1981) utilizando campos de ventos e 200 hPa e imagens dos sateacutelites SMS GOES e
NOAA-5 dos canais visiacutevel e infra-vermelho analisaram os VCAS procurando conhecer sua gecircnese
propagaccedilatildeo climatologia e seus efeitos sobre as condiccedilotildees de tempo no Brasil
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 16
Esses voacutertices formam-se sobre o Atlacircntico Sul principalmente durante o veratildeo do HS (sendo
janeiro o mecircs de atividade maacutexima) e adentram frequumlentemente nas aacutereas continentais proacuteximas a
salvador (13o S 38o W) tendo um efeito pronunciando na atividade convectiva sobre o NEB Os VCAS
geralmente se concentram entre 25o ndash 45o W e 10o ndash 25o S regiatildeo correspondendo ao eixo meacutedio do
cavado de 200 hPa sobre o Atlacircntico durante o veratildeo do HS (Gan 1983)
As ldquobaixas frias da alta troposferardquo (ou VCAS) constituem sistemas de baixa pressatildeo cuja
circulaccedilatildeo ciclocircnica fechada caracteriza-se por baixas temperaturas em seu centro (com movimento
subsidente de ar seco e frio) e temperaturas mais elevadas em suas bordas (com movimento ascendente
de ar quente e uacutemido) com relaccedilatildeo agraves caracteriacutesticas de tempo relacionadas a estes sistemas observam-
se condiccedilotildees de ceacuteu claro nas regiotildees localizadas abaixo de seu centro e tempo chuvoso nas regiotildees
abaixo de sua periferia (Figura 1314) Em geral as partes sul e central do NEB apresentam diminuiccedilatildeo de
nebulosidade agrave medida que o veacutertice se move para a costa a parte norte por sua vez experimenta um
aumento de nebulosidade associada a chuvas fortes
Figura 414 - Ilustraccedilatildeo esquemaacutetica de nuvens meacutedias e altas associadas ao VCAS
(Fonte Kousky e Gan 1981)
Comparando as configuraccedilotildees da circulaccedilatildeo a 200 hPa observa-se que o escoamento eacute mais
meridional para latitudes baixas durante o veratildeo do HS (periacuteodo de maior frequumlecircncia dos VCAS)
enquanto para os meses de inverno do HS as linhas de corrente apresentam-se mais zonais (Figura
416) O caraacuteter meridional deste escoamento eacute resultado de um grande aquecimento sobre a Ameacuterica do
Sul Aacutefrica e Oceania que induz o desenvolvimento de fortes anticiclones nos altos niacuteveis sobre os trecircs
continentes e cavados sobre as aacutereas oceacircnicas vizinhas (Kousky e Gan 1981)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 17
Figura 415 - Nebulosidade associada com a) VCAS estacionaacuterio b) VCAS movendo-
se para o oeste (Fonte Kousky e Gran 1981)
Figura 416 - Linhas de corrente representativas o escoamento meacutedio (Fonte
Kousky e Molion 1981)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 18
Figura 417 - Esquema da seccedilatildeo transversal de um VCAS (Fonte Kousky e Gan 1981)
Os mecanismos de formaccedilatildeo dos VCAS de origem tropical natildeo satildeo totalmente conhecidos No
entanto Kousky e Gan (1981) sugerem que a penetraccedilatildeo de sistemas frontais devido a forte advecccedilatildeo
quente que os procede induzem a formaccedilatildeo dos VCAS especialmente nas baixas e meacutedias latitudes Esta
advecccedilatildeo amplifica a crista de niacutevel superior e consequentemente o cavado a leste formando em pultima
instacircncia um voacutertice ciclocircnico sobre o Atlacircntico (Figura 418)
Figura 418 - Sequumlecircncia esquemaacutetica para a formaccedilatildeo de um VCAS no Atlacircntico Sul (Fonte Kousky e Gan
1981)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 19
4 VARIACcedilAtildeO INTERANUAIS
A precipitaccedilatildeo no NEB apresenta aleacutem das variabilidades sazonais grandes flutuaccedilotildees interanuais
que satildeo mais acentuadas (variabilidade relativa superior a 40) no semi-aacuterido (Kousky 1979) Isto causa
extremos climaacuteticos caracterizados por secas severas ou enchentes com seacuterios efeitos econocircmicos e
sociais para a populaccedilatildeo local Assim desde o iniacutecio do seacuteculo o clima NEB tem sido investigado e
apontado alguns de seus aspectos relacionados com as causas dinacircmicas da grande variaccedilatildeo ano-a-ano
41 INFLUEcircNCIA DO HEMISFEacuteRIO NORTE
Nobre (1984) analisou para diversos periacuteodos a inter-relaccedilatildeo entre fontes anocircmalas de calor nos
toacutepicos e a propagaccedilatildeo meridional (norte-sul) de energia por ondas de escala planetaacuteria Os campos de
desvios de vorticidade (medida de rotaccedilatildeo de um fluiacutedo) vento e TSM sobre o oceanos Atlacircntico e
Paciacutefico apresentam caracteriacutesticas distintas durante os periacuteodos chuvosos e secos do NEB
Configuraccedilotildees semelhantes a trens de ondas foram encontradas Uma delas inclui o centro do
Atlacircntico Tropical (padratildeo Atlacircntico Norte ndash Leste AsiaacuteticoANLA) e atinge a costa leste da Aacutesia
contornando o Polo Norte pela Europa Uma outra inclui o centro do Paciacutefico Equatorial (padratildeo Paciacutefico
Central-Leste EUAPCLE) descreve um grande circulo e atinge a costa leste da Ameacuterica do Norte Uma
terceira configuraccedilatildeo (Padratildeo Cinturatildeo CircumpolarCCP) observada no HN constitui-sede alternacircncias
de centros de vorticidade positiva e negativa em torno da latitude de 50o N
Conclui-se que a existecircncia dessas configuraccedilotildees e a variabilidade da precipitaccedilatildeo no NEB satildeo as
respostas remota e local da ocorrecircncia de anomalias de TSM positivas (negativas) ao norte e negativas
(positivas) ao sul no Oceano Atlacircntico Equatorial e relacionam-se a anos secos (chuvosos) no norte do
NEB Em relaccedilatildeo agraves configuraccedilotildees de ondas de escala global observa-se que a configuraccedilatildeo CCP anecede
as outras duas (ocorre geralmente em outubro-novembro) A configuraccedilatildeo ANLA que ocorre
principalmente em dezembro-janeiro encontra-se mais niacutetida durante os episoacutedios de seca e parece
explicar melhor a variabilidade da pluviometria sobre o NEB do que a configuraccedilatildeo PCLE que apresentou
menor ocorrecircncia temporal relacionada a essa precipitaccedilatildeo
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 20
a)
b)
Figura 419 - Desvios da circulaccedilatildeo meacutedia na troposfera superior Ar regiotildees marcadas com pequenos ciacuterculosindicam circulaccedilatildeo circlocircnica (baixa pressatildeo) e as com pequenos ldquo v ldquo circulaccedilatildeo anticiclocircnica(alta pressatildeo) a) Meses de dezembro de 1969 novembro de 1971 dezembro de 1975 edezembro de 1979 que precederam a ocorrecircncia de secas no Nordeste b) Meses de dezembrode 1963 dezembro de 1972 e janeiro de 1974 que precederam a ocorrecircncia de anos chuvososno Nordeste (Fonte Nobre 1984)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 21
42 PRESSAtildeO AO NIacuteVEL DO MAR (PNM) NO ATLAcircNTICO TROPICAL
A variabilidade dos sistemas de altas pressotildees subtropicais do Atlacircntico Norte (AAN) e Sul (AAS)
estaacute diretamente relacionado com o deslocamento meridional da zona de maacutexima nebulosidade
convectiva sobre o Atlacircntico Oeste associada a ZCIT
Hastenrath e Heller (1977) mostraram que a escassez e excesso de chuvas no semi-aacuterido
nordestino estatildeo ligados a esta variabilidade Em anos chuvosos o anticiclone do Atlacircntico Norte (alta dos
Accedilures) estaacute mais intenso que o normal assim como os ventos aliacutesios de nordeste fazendo com que a
ZCIT seja ldquoempurradardquo para posiccedilatildeo mais ao sul Em anos de seca o inverno ocorre ou seja o anticiclone
do Atlacircntico Sul e os ventos sudeste estatildeo mais intensos de modo que a ZCIT eacute deslocada para posiccedilotildees
mais ao norte (Climanaacutelise 1986)
Figura 420 ndash Aspectos de grande escala da circulaccedilatildeo atmosfeacuterica e tiacutepica da distribuiccedilatildeo de TSMs no Atlacircnticopara a) anos chuvosos e b) anos de seca no Nordeste A aacuterea bachurada indica a posiccedilatildeo meacutediada ZCIT e a linha pontilhada o eixo de confluecircncia dos ventos aliacutesios de ambos os hemisfeacuterios OldquoArdquo estilizado representa a alta pressatildeo subtropical e as linha grossas com flexas indicam aintersificaccedilatildeo dos ventos aliacutesios (Fonte Nobre and Molion 1986)
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 22
O dipolo de PNM observado em anos chuvosos com anomalias negativas no Atlacircntico Sul e
positivas no Atlacircntico Norte eacute funccedilatildeo do dipolo de TSM
Figura 421 ndash Pressatildeo ao niacutevel do mar em Abril89 analisada numa grade de 5o em projeccedilatildeo
Mercator para visiualizaccedilatildeo O intervalo entre os contornos eacute de 2 hPa 1000
hPa devem ser domados aos nuacutemeros indicados nos contornos (Fonte
CACNWS)
43 TEMPERATURA DA SUPERFIacuteCIE DO MAR (TSM)
Anomalias de grande escala na circulaccedilatildeo atmosfeacuterica sobre o Atlacircntico e nas temperaturas da
superfiacutecie deste oceano modificam significativamente a posiccedilatildeo da ZCIT que em anos de grande
precipitaccedilatildeo localiza-se ao sul de sua posiccedilatildeo normal
De um modo geral para anos chuvosos as anomalias do Atlacircntico Subtropical Sul satildeo positivas
enquanto as do Atlacircntico Subtropical Norte satildeo negativas indicando um maior aquecimento anocircmalo da
superfiacutecie do mar no Hemisfeacuterio Sul Em anos secos o ldquodipolo de temperaturardquo com esta
configuraccedilatildeo eacute conhecida se inverte apresentando anomalias de TSM positivas no Hemisfeacuterio Norte
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 23
Figura 422 Composiccedilatildeo do periacuteodo marccedilo-abril para casos secos e chuvosos da
anomalia de TSM em 01o C A aacuterea sombreada indica valores positivos
(Fonte Hastenrath e Heller 1977)
Correlacionando iacutendices de precipitaccedilatildeo no Cearaacute com as meacutedias mensais de temperatura da
superfiacutecie do mar no Oceano Atlacircntico Sul MARKHAM et alii (1977) consideraram ser possiacutevel prever a
qualidade da estaccedilatildeo chuvosa
Cap 4 Aspectos Climaacuteticos do Nordeste Brasileiro 24
Moura amp Shukla (1981) utilizando um modelo numeacuterico (equaccedilotildees que mostram o comportamento
da atmosfera no tempo e no espaccedilo) procuraram explicar os possiacuteveis mecanismos da ocorrecircncia da seca
e enchentes sobre o NEB A presenccedila de anomalias quentes de TSM ao norte do Atlacircntico Tropical e
anomalias frias de TSM ao sul produz um efeito combinado de subsidecircncia termicamente forccedilada
reduzida evaporaccedilatildeo e divergecircncia de fluxo de umidade sobre o NEB e adjacecircncias que como
consequumlecircncia causa condiccedilotildees de seca severa sobre a regiatildeo Foi sugerido que esses eventos extremos
poderiam ser previstos atraveacutes do monitoramento da TSM pois suas anomalias persistem por vaacuterios
meses Outro estudo que analisou as correlaccedilotildees lineares entre os desvios normalizados de precipitaccedilatildeo
anual sobre o NEB e anomalias de TSM em aacutereas compreendidas no Atlacircntico Norte e Sul foi o de Rao et
alli (1986) As correlaccedilotildees encontradas indicaram que baixa precipitaccedilatildeo sazonal sobre o NEB estaacute
associada com anomalias positivas de TSM no Atlacircntico Norte (NA) e anomalias negativas no Atlacircntico Sul
(AS)
CCaappiacuteiacutettuulloo
55 PPrreecciippiittaaccedilccedilatildeatildeoo
1 DEFINICcedilOtildeES
Precipitaccedilatildeo Eacute o proc
contido na atmosfera
Condensaccedilatildeo Eacute o pro
transforma em aacutegua H
condensaccedilatildeo do vapor d
de vaacuterias gotiacuteculas de um
pode ocorrer a precipit
liberada uma quantidade
vaporizaccedilatildeordquo (Santos 19
2 FORMAS DE PRECIPI
Precipitaccedilatildeo em Hidrologia
terrestre tais como chuvisc
Chuvisco (neblina
Chuva gotas de aacuteg
Neve precipitaccedilatildeoflocos de dimensotildees
Saraiva precipitaccedilcerca de 5mm
Granizo quando a5mm
Orvalho objetos edaacute devido ao resfria
Geada eacute uma camvegetal Processo se
No
esso pelo qual a aacutegua volta agrave terra pela condensaccedilatildeo do vapor drsquoaacutegua
cesso inverso da evaporaccedilatildeo Pela condensaccedilatildeo o vapor drsquoaacutegua se
aacute uma diferenccedila fundamental entre condensaccedilatildeo e precipitaccedilatildeo Pela
rsquoaacutegua formam-se as nuvens e nevoeiros Somente com a coalescecircncia
a nuvem ou nevoeiro que se unem para formar gotas maiores eacute que
accedilatildeo No processo de condensaccedilatildeo de 1 grama de vapor drsquoaacutegua eacute
de calor correspondente a 590 calorias denominada ldquocalor latente de
71)
TACcedilAtildeO
eacute o termo geral dado a todas as formas de aacutegua depositada na superfiacutecie
o chuva neve saraiva granizo orvalho e geada
ou garoa) precipitaccedilatildeo muito fina e de baixa intensidade
ua que descem das nuvens para a superfiacutecie Eacute medida em miliacutemetros
em forma de cristais de gelo que durante a queda coalescem formando variaacuteveis
atildeo em forma de pequenas pedras de gelo arredondadas com diacircmetro de
s pedras redondas ou de formato irregular atingem diacircmetro superior a
xpostos ao ar a noite amanhecem cobertos por gotiacuteculas daacutegua Isto se mento noturno que baixa a temperatura ateacute o ponto de orvalho
ada geralmente fina de cristais de gelo formada no solo ou na superfiacutecie melhante ao do orvalho soacute que temperaturas inferiores a 0deg C
tas de Aula ndash Profa Ticiana Marinho de Carvalho Studart
PAGE
2
A
V
H
=
Graacutefico IDF
0
50
100
150
200
250
01
1
10
100
Tempo de duraccedilatildeo (em horas)
Altura de chuva (mm)
100
200
500
1000
1 DEFINICcedilOtildeES
Precipitaccedilatildeo Eacute o processo pelo qual a aacutegua volta agrave terra pela condensaccedilatildeo do vapor drsquoaacutegua contido na atmosfera
Condensaccedilatildeo Eacute o processo inverso da evaporaccedilatildeo Pela condensaccedilatildeo o vapor drsquoaacutegua se transforma em aacutegua Haacute uma diferenccedila fundamental entre condensaccedilatildeo e precipitaccedilatildeo Pela condensaccedilatildeo do vapor drsquoaacutegua formam-se as nuvens e nevoeiros Somente com a coalescecircncia de vaacuterias gotiacuteculas de uma nuvem ou nevoeiro que se unem para formar gotas maiores eacute que pode ocorrer a precipitaccedilatildeo No processo de condensaccedilatildeo de 1 grama de vapor drsquoaacutegua eacute liberada uma quantidade de calor correspondente a 590 calorias denominada ldquocalor latente de vaporizaccedilatildeordquo (Santos 1971)
2 FORMAS DE PRECIPITACcedilAtildeO
Precipitaccedilatildeo em Hidrologia eacute o termo geral dado a todas as formas de aacutegua depositada na superfiacutecie terrestre tais como chuvisco chuva neve saraiva granizo orvalho e geada
Chuvisco (neblina ou garoa) precipitaccedilatildeo muito fina e de baixa intensidade
Chuva gotas de aacutegua que descem das nuvens para a superfiacutecie Eacute medida em miliacutemetros
Neve precipitaccedilatildeo em forma de cristais de gelo que durante a queda coalescem formando flocos de dimensotildees variaacuteveis
Saraiva precipitaccedilatildeo em forma de pequenas pedras de gelo arredondadas com diacircmetro de cerca de 5mm
Granizo quando as pedras redondas ou de formato irregular atingem diacircmetro superior a 5mm
Orvalho objetos expostos ao ar a noite amanhecem cobertos por gotiacuteculas daacutegua Isto se daacute devido ao resfriamento noturno que baixa a temperatura ateacute o ponto de orvalho
Geada eacute uma camada geralmente fina de cristais de gelo formada no solo ou na superfiacutecie vegetal Processo semelhante ao do orvalho soacute que temperaturas inferiores a 0deg C
Comumente os termos precipitaccedilatildeo e chuva se confundem uma vez que a neve eacute incomum no nosso paiacutes e as outras formas pouco contribuem para a vazatildeo dos rios
3 FORMACcedilAtildeO E TIPOS DE CHUVA
21 Formaccedilatildeo
Embora a umidade atmosfeacuterica seja o elemento indispensaacutevel para a ocorrecircncia de chuva ela natildeo responde sozinha por sua formaccedilatildeo que estaacute intimamente ligada a ascensatildeo das massas de ar Quando ocorre esse movimento vertical e o ar eacute transportado para niacuteveis mais altos seja por convecccedilatildeo relevo ou accedilatildeo frontal das massas haacute uma expansatildeo devido a diminuiccedilatildeo da pressatildeo Essa expansatildeo eacute adiabaacutetica uma vez que natildeo haacute troca de calor com o ambiente Poreacutem a temperatura eacute reduzida devido a energia teacutermica ter sido utilizada em seu processo de expansatildeo Com o resfriamento a massa de ar pode atingir seu ponto de saturaccedilatildeo com a consequumlente condensaccedilatildeo do vapor em gotiacuteculas (nuvens) sua precipitaccedilatildeo dependeraacute da formaccedilatildeo de nuacutecleo higroscoacutepicos para que atinjam peso suficiente para vencer as forccedilas de sustentaccedilatildeo
22 Tipos
Como a ascensatildeo do ar eacute considerada o estopim da formaccedilatildeo das chuvas nada mais loacutegico que classificaacute-las segundo a causa que gerou este movimento
Orograacuteficas ndash o ar eacute forccedilado mecanicamente a transpor barreiras impostas pelo relevo
Figura 51 ndash Chuvas Orograacuteficas (Fonte FORSDYKE 1968)
Convectivas ndash Devido ao aquecimento diferencial da superfiacutecie podem existir bolsotildees menos densos de ar envolto no ambiente em equiliacutebrio instaacutevel Este equiliacutebrio pede ser rompido facilmente acarretando a ascensatildeo raacutepida do ar a grandes altitudes (tiacutepicas de regiotildees tropicais)
Figura 52 ndash Chuva de convecccedilatildeo (Fonte FORSDSYKE 1968)
Ciclocircnicas ndash Devido ao movimento de massas de ar de regiotildees de alta para de baixa pressotildees Podem ser do tipo frontal e natildeo frontal
a) Frontal - Resulta da ascensatildeo do ar quente sobre ar frio na zona de contato entre duas massas de ar de caracteriacutesticas diferentes
Figura 53 ndash Seccedilatildeo vertical de uma superfiacutecie frontal (Fonte FORSDSYKE 1968)
b) Natildeo frontal - Eacute devido a uma baixa baromeacutetrica neste caso o ar eacute elevado em consequumlecircncia de uma convergecircncia horizontal em aacutereas de baixa pressatildeo
4 PLUVIOMETRIA
41 Grandezas
As grandezas que caracterizam uma chuva satildeo altura duraccedilatildeo e intensidade (Bertoni e Tucci 1993)
Altura pluviomeacutetrica (h) eacute a espessura meacutedia da lacircmina drsquoaacutegua precipitada que recobriria a regiatildeo atingida pela precipitaccedilatildeo admitindo-se que essa aacutegua natildeo evaporasse natildeo infiltrasse nem se escoasse para fora dos limites da regiatildeo A unidade de mediccedilatildeo habitual eacute o miliacutemetro de chuva definido como a quantidade de chuva correspondente ao volume de 1 litro por metro quadrado de superfiacutecie
Duraccedilatildeo (t) eacute o periacuteodo de tempo durante o qual a chuva cai As unidades normalmente satildeo o minuto ou a hora
Intensidade (i) eacute a precipitaccedilatildeo por unidade de tempo obtida como a relaccedilatildeo i=ht Expressa-se normalmente em mmh
42 Aquisiccedilatildeo de dados pluviomeacutetricos
A variaacutevel precipitaccedilatildeo pode ser quantificada pontualmente atraveacutes de dois instrumentos meteoroloacutegicos - o pluviocircmetro e o pluvioacutegrafo ndash e espacialmente atraveacutes de radares
A diferenccedila baacutesica entre pluviocircmetro e pluvioacutegrafo eacute que este uacuteltimo registra automaticamente os dados ao contraacuterio do pluviocircmetro que requer leituras manuais a intervalos de tempo fixo Apesar da Organizaccedilatildeo Meteoroloacutegica Mundial tentar uniformizar a instalaccedilatildeo dos aparelhos existem vaacuterias regras Mas de uma maneira geral admite-se que a interceptaccedilatildeo da chuva deve ser feita a uma altura meacutedia de 1 a 15 metros acima da superfiacutecie do solo O aparelho de deve ficar longe de qualquer obstaacuteculo que possa prejudicar a mediccedilatildeo (preacutedios aacutervores relevo etc)
Figura paacuteg 491 Tucci Hidrologia v 4
Pluviocircmetro ndash consiste de um receptor cilindro-cocircnico e de uma proveta graduada de vidro Consegue medir apenas a altura de precipitaccedilatildeo A aacuterea de interceptaccedilatildeo natildeo eacute normalizada A princiacutepio o resultado independe da aacuterea mas eacute preciso atenccedilatildeo ao calcular a lacircmina precipitada
Relaccedilatildeo entre altura da chuva medida no pluviocircmetro (H) e na proveta (h)
Uma chuva de volume V e altura H eacute relacionada a aacuterea A de recepccedilatildeo do pluviocircmetro por
4
D
A
2
Otilde
=
sendo assim
4
D
H
V
2
Otilde
=
Para graduar a proveta de mediccedilatildeo de diacircmetro d e na qual o volume V de chuva determina uma altura h (em mm) procede-se da seguinte forma
4
d
V
h
2
Otilde
=
donde
4
d
h
V
2
Otilde
=
Assim sendo
4
d
h
4
D
H
2
2
Otilde
=
Otilde
2
D
d
h
H
divide
oslash
ouml
ccedil
egrave
aelig
=
Estabelecida a relaccedilatildeo entre os diacircmetros da aacuterea de recepccedilatildeo do pluviocircmetro e da proveta os valores da chuva H podem ser facilmente estabelecidos
Figura 55 ndash Pluviocircmetro
Pluvioacutegrafo ndash Consiste de um registrador automaacutetico trabalhando em associaccedilatildeo a um mecanismo de reloacutegio este imprime rotaccedilatildeo a um cilindro envolvido em papel graduado sobre o qual uma pena grafa a altura da precipitaccedilatildeo registrada
Figura 57 ndash Pluvioacutegrafo
Figura 5 8 ndash Tambor Registrador do Pluvioacutegrafo
Figura 5 9 ndash Segmento de fita de pluvioacutegrafo (Fonte WILKEN 1978)
5 PROCESSAMENTOS DE DADOS PLUVIOMEacuteTRICOS
Uma vez coletados os dados observados em postos pluviomeacutetricos devem ser analisados de forma a evitar conclusotildees incorretas Satildeo esse os procedimentos
1 Detecccedilatildeo de erros grosseiros
middot dias inexistentes
middot valores anormais de precipitaccedilatildeo
2 Preenchimento de falhas
middot defeito do aparelho ou ausecircncia de observador
middot levar em conta os registro pluviomeacutetricos de trecircs estaccedilotildees vizinhas
divide
divide
oslash
ouml
ccedil
ccedil
egrave
aelig
+
+
=
C
B
A
P
P
P
3
1
C
x
B
x
A
x
x
P
P
P
P
P
P
P
(51)
onde Px ndash precipitaccedilatildeo ausente no posto X
PA PB PC - precipitaccedilatildeo postos vizinhos A B e C
X
P
A
P
B
P
C
P
ndash precipitaccedilatildeo meacutedia anual nos postos X A B e C
3 Anaacutelise de dupla massa
Verifica a homogeneidade dos dados isto eacute se houve alguma anormalidade na estaccedilatildeo tais como mudanccedilas de local nas condiccedilotildees do aparelho ou no meacutetodo de observaccedilatildeo indicada pela mudanccedila na declividade da reta
Figura 5 10 ndash Verificaccedilatildeo da homogeneidade dos dados (Fonte VILLELA 1975)
o
o
a
P
M
M
Pa
=
(52)
Onde
Pa ndash observaccedilotildees ajustadas agraves condiccedilotildees atuais
Po ndash dados a serem corrigidos
Mo ndash declividade da reta periacuteodo anterior
Ma ndash declividade da reta mais recente
6 PRECIPITACcedilAtildeO MEacuteDIA EM UMA BACIA
A maioria dos problemas hidroloacutegicos requer a determinaccedilatildeo da altura de chuva ocorrida em uma bacia hidrograacutefica Devido a precipitaccedilatildeo pela proacutepria natureza do fenocircmeno natildeo ocorrer de modo uniforme sobre toda a bacia eacute necessaacuterio calcular a altura meacutedia precipitada
61 Meacutetodo Aritmeacutetico
Este meacutetodo consiste em se calcular a meacutedia aritmeacutetica de todos os postos situados dentro da aacuterea de estudo Eacute o de maior simplicidade poreacutem apresenta algumas restriccedilotildees quanto ao seu uso tais como os postos devem ser uniformemente distribuiacutedos os valores de cada posto devem estar proacuteximos ao da meacutedia e o relevo deve ser o mais plano possiacutevel
62 Meacutetodo de Thiessen
Este meacutetodo pode ser usado para aparelhos natildeo uniformemente distribuiacutedos uma vez que o mesmo pondera os valores obtidos em cada posto por sua zona de influecircncia como se segue
1 De posse do mapa da bacia hidrograacutefica unir os postos pluviomeacutetricos adjacentes por linhas retas
2 Traccedilar as mediatrizes dessas retas formando poliacutegonos
3 Os lados dos poliacutegonos satildeo os limites das aacutereas de influecircncia de cada estaccedilatildeo
4 A precipitaccedilatildeo meacutedia sobre a bacia eacute calculada por
aring
aring
=
i
i
i
A
A
P
h
(53)
onde
Pi = precipitaccedilatildeo observada no posto
Ai = aacuterea de influecircncia do postos
(A = aacuterea total da bacia
Figura 511 ndash Meacutetodo de Thiessen
63 Meacutetodos das Isoietas
Considerado o mais preciso este meacutetodo baseia-se em curvas de igual precipitaccedilatildeo A dificuldade maior em sua implementaccedilatildeo consiste no traccedilado desta curvas que requer sensibilidade do analista O meacutetodo eacute detalhado a seguir
1 De posse dos dados pluviomeacutetricos obtidos nos postos da bacia traccedilar curvas de igual precipitaccedilatildeo (ISOIETAS) O procedimento eacute semelhante ao adotado para curvas de niacutevel
2 Calcular para cada par sucessivo de isoietas o valor meacutedio da altura de chuva precipitada
3 Planimetrar as aacutereas entre isoietas sucessivas
4 Calcular a meacutedia ponderada dos valores obtidos no passo 2 tomando como peso a aacuterea planimetrada correspondente A meacutedia obtida corresponde agrave precipitaccedilatildeo meacutedia sobre a bacia em analise
(
)
(
)
A
A
2
h
h
h
i
i
1
i
aring
+
+
=
(54)
onde
hi = valor da isoieta da origem i
Ai = aacuterea entre isoietas sucessivas
A = aacuterea total
7 CHUVAS MAacuteXIMAS
Eacute de grande interesse para a hidrologia o conhecimento das caracteriacutesticas das precipitaccedilotildees Para projetos de vertedores de barragens dimensionamento de canais dimensionamento de bueiros etc eacute necessaacuterio o conhecimento a priori da magnitude das enchentes que podem acontecer com uma determinada frequumlecircncia Portanto eacute necessaacuterio conhecer-se as precipitaccedilotildees maacuteximas esperadas Entretanto deve-se levar em conta tambeacutem o fator de ordem econocircmica e assim corre-se o risco da obra falhar durante sua vida uacutetil Eacute necessaacuterio portanto conhecer esse risco Para isso analisa-se estatisticamente as precipitaccedilotildees observadas nos postos pluviomeacutetricos verificando-se com que frequumlecircncia as mesmas assumiram uma determinada magnitude
71 Periacuteodo de Retorno
O periacuteodo de retorno (ou tempo de recorrecircncia) de um evento eacute o tempo meacutedio (em anos) em que esse evento eacute superado ou igualado pelo menos uma vez Eacute definido por
P
T
r
1
=
(55)
Se o periacuteodo de retorno for bem inferior ao nuacutemero de anos de observaccedilatildeo ldquoFrdquo poderaacute dar uma boa ideacuteia do valor real de ldquoPrdquo Entretanto para grandes periacuteodos de retorno as observaccedilotildees deveratildeo ser ajustadas a uma distribuiccedilatildeo de probabilidades de modo que o caacutelculo da probabilidade possa ser efetuado de modo mais correto
Eacute importante salientar o caraacuteter natildeo-ciacuteclico dos eventos randocircmicos ou seja uma enchente com periacuteodo de retorno de 100 anos (que ocorre em meacutedia a cada 100 anos) pode ocorrer no proacuteximo ano ou pode natildeo ocorrer nos proacuteximos 200 anos (ou ainda pode ser superada diversas vezes nos proacuteximos 100 anos)
72 Seacuterie Anual X Seacuterie Parcial
Na anaacutelise da frequumlecircncia de fenocircmenos hidroloacutegicos tais como precipitaccedilatildeo e vazatildeo os dados podem estar dispostos em dois tipos de seacuteries seacuteries anuais (de valores maacuteximos anuais) e seacuteries parciais (aquelas que apresentam valores superiores a uma certa base)
Em termos praacuteticos a seleccedilatildeo de uma das seacuteries deve ser julgada pelo tipo de estrutura ou projeto Na seacuterie anual apenas o valor maacuteximo de cada ano eacute utilizado na anaacutelise Esse tipo de seacuterie tem seu emprego em projetos de dimensionamento para condiccedilotildees criacuteticas tais como vertedouros de barragens onde o valor maacuteximo eacute que importa uma vez que a obra jaacute estaacute comprometida quando da sua ocorrecircncia natildeo mais importando o segundo ou terceiro maiores valores
As seacuteries de duraccedilatildeo parcial satildeo formadas pela seleccedilatildeo de valores situados acima de determinado patamar podendo ser escolhidos mais de um valor para um mesmo ano Deste modo natildeo se pode esperar que os dados desse tipo de seacuterie se ajustem a uma distribuiccedilatildeo de probabilidades Esse tipo de seacuterie eacute frequumlentemente utilizado por exemplo para avaliar danos em fundaccedilotildees de pontes causadas pela repeticcedilatildeo de enchentes
Eacute importante observar ainda a diferenccedila entre os significados dos periacuteodos de retorno entre as duas seacuteries Na seacuterie anual eacute o intervalo meacutedio em que o evento tornaraacute a ocorrer com um maacuteximo anual na seacuterie parcial eacute o intervalo meacutedio entre eventos de dados valor sem considerar a relaccedilatildeo com o ano
Tabela 51 ndash Correspondecircncia entre os periacuteodos de retorno das seacuteries anual (Tra) e parcial (Trp)
9 CHUVAS INTENSAS
Para o dimensionamento de estruturas hidraacuteulicas o hidroacutelogo deve determinar a chuva de maior intensidade que se pode esperar que ocorra com uma dada frequumlecircncia A utilizaccedilatildeo praacutetica desse dados requer que se estabeleccedila uma relaccedilatildeo analiacutetica entre as grandezas caracteriacutesticas de uma precipitaccedilatildeo quais sejam a intensidade (i) a duraccedilatildeo (t) e a frequumlecircncia (P)
A equaccedilatildeo da chuva particular de cada localidade eacute obtida partir de registros de pluvioacutegrafos estabelecendo-se para cada duraccedilatildeo de chuva as maacuteximas intensidades A representaccedilatildeo geral de uma equaccedilatildeo de chuvas intensas tem a forma
(
)
b
d
c
t
T
B
i
r
+
=
(61)
onde Tr ndash periacuteodo de retorno
T - duraccedilatildeo
B d c b ndash constantes
i - mmh
Equaccedilotildees de chuvas para algumas capitais brasileiras
Fortaleza
)
8
t
(
T
99
506
i
061
018
t
+
=
(62)
Rio de Janeiro
)
26
t
(
T
154
99
i
115
0217
t
+
=
(63)
Curitiba
)
20
t
(
T
1239
i
074
015
t
+
=
(64)
Belo Horizonte
)
8
t
(
T
87
1447
i
084
010
t
+
=
(65)
Para cidades que natildeo tenham suas equaccedilotildees de chuva estabelecidas faz-se uso de outros meacutetodos para a determinaccedilatildeo de chuvas intensas para dada duraccedilatildeo e periacuteodo de retorno
1 Meacutetodo do Prof Otto Pfafstetter
Analisando 98 postos pluviomeacutetricos de periacuteodos de observaccedilatildeo variados Otto Pfafstetter apresenta em seu livro ldquoChuvas intensas no brasilrdquo graacuteficos em escala bilogariacutetmica associando a altura da precipitaccedilatildeo ( P ) com seu periacuteodo de retorno ( T ) e duraccedilatildeo ( t )
No trabalho foi empregada uma foacutermula empiacuterica original com a expressatildeo analiacutetica
(
)
(
)
t
c
1
log
b
t
a
+
+
divide
oslash
ouml
ccedil
egrave
aelig
+
=
a
a
T
B
T
P
(66)
onde a b e c satildeo valores caracteriacutesticos de cada posto e ( e ( satildeo funccedilatildeo da duraccedilatildeo ( t )
2 Meacutetodo de Taborga Torrigo
Sendo limitado o nuacutemero de informaccedilotildees pluviograacuteficas notadamente em bacias de pequena aacuterea Taborga Torrigo propocircs um meacutetodo que prescinde de registros em pluviograma sendo suficientes dados diaacuterios de pluviocircmetros
O meacutetodo tem por base o estabelecimento de ldquoIsozonasrdquo os quais constituem zonas geograacuteficas nas quais a relaccedilatildeo entre as alturas de chuva de 1 hora e 24 horas eacute constante para um dado periacuteodo de retorno (Figura 612)
Figura 612 ndash Isozonas do Brasil (Fonte Torrico 1974)
Exemplo de aplicaccedilatildeo
1 Compor seacuterie de precipitaccedilotildees maacuteximas anuais
Tabela 62 ndash Chuvas maacuteximas diaacuterias anuais observadas em Vaacuterzea Alegre no periacuteodo de 19131972
Fonte DNOCS ndash COMAISistema de Informaccedilotildees de Recursos Hiacutedricos ndash listagem de computador
2 Ajustar a seacuterie a um modelo probabiliacutestico verificando a qualidade do ajustamento
Figura 613 ndash Ajustamento agrave Funccedilatildeo Gamma II
3 Obter as precipitaccedilotildees associadas aos diversos periacuteodos de retorno
TR = 100 anos P = 1544 mm
TR = 200 anos P = 1647 mm
TR = 500 anos P = 1782 mm
TR = 1000 anos P = 1862 mm
4 Calcular chuva virtual de 24 horas (P24h = 11 P1dia)
Tabela 63 ndash Chuvas virtuais de 24 horas de duraccedilatildeo ( P24h) em Vaacuterzea Alegre para periacuteodo de retorno de 100 200 500 e 1000 anos
5 Determinaccedilatildeo da Isozona a qual pertence a bacia (Figura 614)
isozona G
6 Extrair das tabelas das isozonas o valor de R associado a cada periacuteodo de retorno
7 Computar para cada periacuteodo de retorno a precipitaccedilatildeo de 1 hora de duraccedilatildeo
P1hora = R P24horas (67)
Tabela 64 ndash Valores das precipitaccedilotildees intensas pontual de 1 e 24 horas de duraccedilatildeo para TR = 100 200 500 e 1000 anos em Vaacuterzea Alegre
Valores obtidos por interpolaccedilatildeo logariacutetmica
8 Converter a chuva pontual em chuva espacial atraveacutes da relaccedilatildeo
divide
divide
oslash
ouml
ccedil
ccedil
egrave
aelig
-
=
O
o
a
A
A
log
W
1
P
P
(68)
Onde
Pa = precipitaccedilatildeo meacutedia sobre a bacia
Po = precipitaccedilatildeo no centro de gravidade da bacia tomada igual a precipitaccedilatildeo em Vaacuterzea Alegre
W = constante que depende do local (022 para regiatildeo Nordeste do Brasil)
A = aacuterea da bacia hidrograacutefica (718 km2)
A0 = aacuterea base na qual Pa = P0 (25 km2)
9
0
P
P
o
a
=
(69)
No que tange o paracircmetro w normalmente adotado como sendo 022 em projetos hidroloacutegicos na Regiatildeo Nordeste Meneses Filho (1991) alerta que seu valor eacute especiacutefico para cada duraccedilatildeo de chuva indicando para duraccedilatildeo de 1 a 6 dias os valores 016 012 011 009 008 e 007 respectivamente Segundo o autor a adoccedilatildeo do valor 022 conduziria a uma superestimativa da reduccedilatildeo espacial da chuva ou seja a computarem-se menores valores de precipitaccedilatildeo meacutedia superficial
Tabela 65 ndash Valores das precipitaccedilotildees intensas espacial de 1 e 24 horas de duraccedilatildeo para TR = 100 200 500 e 1000 anos distribuiacutedos na bacia do accedilude Vaacuterzea Alegre
9 Determinaccedilatildeo das precipitaccedilotildees intensas para duraccedilotildees entre 1 e 24 horas ndash a determinaccedilatildeo das precipitaccedilotildees intensas para essas duraccedilotildees eacute obtidas plotando-se em papel de probabilidades os valores para 1 e 24 horas e ligando-se por uma reta (Figura 615)
Figura 614 ndash Isozonas Nordeste do do Brasil
Figura 615 ndash Curvas Altura x Duraccedilatildeo x Frequumlecircncia Accedilude Vaacuterzea Alegre
Capiacutetulo13
513
13
Hidrologia Aplicada13
13
13
13
13
13
13
13
13
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Figura 56 ndash Desenho esquemaacutetico do Pluvioacutegrafo de Helmann ndash Fuess (Fonte WILKEN 1978)13
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G Tambor que conteacutem o movimento de relojoaria13
a Aro do receptor 13
b Funil do receptor13
t Tubo metaacutelico13
s Haste do flutuador13
i braccedilo do registrador 13
p Pena do registrador13
T Tubo de vidro sifatildeo13
V Vasilha de ferro galvanizado13
d Aba do receptor13
Anel de ajustagem do sifratildeo13
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EMBED ExcelSheet8 13
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Precipitaccedilatildeo13
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EMBED MSPhotoEd3 13
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Notas de Aula ndash Prof a Ticiana Marinho de Carvalho Studart
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Notas de Aula ndash Prof a Ticiana Marinho de Carvalho Studart