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CICLO HIDROLÓGICOCARACTERIZAÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS

José Antonio Tosta dos ReisDepartamento de Engenharia AmbientalUniversidade Federal do Espírito Santo

CICLO HIDROLÓGICO

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Ciclo hidrológico médio anual da Terra (Adaptado de Shiklomanov, 1998; In: Lima, 2000)

• O ciclo hidrológico é um sistema fechado , responsável pelo movimento de enormes quantidades de água ao redor do mundo;

• Parte desse movimento é rápido: em média, uma gota de água permanece aproximadamente 16 dias em um rio e cerca de 8 dias na atmosfera ;

• Parte é lenta, pois a água pode demorar milhares de anos para atravessar um aqüífero profundo .

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BACIA HIDROGRÁFICA

“É a área definida topograficamente, drenada por um curso d’água ou um sistema conectado de cursos d’água, tal que toda

vazão efluente seja descarregada por uma simples saída”.(Viessman et al, 1972)

DELIMITAÇÃO DE BACIAS

Informações de topografia:

• Identificar para onde escoa a água sobre o relevo usando como base as curvas de nível:

A água escoa na direção da maior declividade, o escoamento é ortogonal às curvas de nível.

• Diferenciar as áreas que contribuem para um ponto no curso d’água (seção transversal de referência ou exutório) significa definir o divisor (cumeada, espigão, crista)

O divisor não corta a drenagem exceto no exutório e passa pelas regiões mais elevadas da bacia, mas podem existir pontos internos

mais altos.

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• A Bacia Hidrográfica é necessariamente

contornada por um divisor , assim designada

por ser a linha de separação que divide as

precipitações que caem em bacias vizinhas e

que encaminha o escoamento superficial

resultante para um ou outro sistema fluvial.

• O divisor segue uma linha rígida em torno da

bacia, atravessando o curso d’água somente no

ponto de saída.

• O divisor une os pontos de máxima cota entre

bacias, o que não impede que no interior de

uma bacia existam picos isolados com cota

superior a qualquer ponto do divisor.

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DIVISORES DE ÁGUAS

• Divisor Superficial (Topográfico)

• Divisor Subterrâneo (Freático)

http://www.ibge.gov.br/home/mapa_site/mapa_site.php#downloadftp://geoftp.ibge.gov.br/mapas/topograficos/topo50/pdf/

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DELIMITAÇÃO UTILIZANDO CARTAS DO IBGE

690

695

Exutório ou Foz

700

700

700

700

695

695

695

690690

690

685

685

680

680

675

675680

680

670

670

665

665

660655

685

680

685

700

7

690

695

Exutório ou Foz

700

700

700

700

695

695

695

690690

690

685

685

680

680

675

675680

680

670

670

665

665

660655

685

680

685

700

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE UMA BACIA DE DRENAGEM

Importância• Comparação entre bacias

• Transferência de dados entre bacias vizinhas• Projeção de futuro comportamento da bacia

• Regionalização

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ÁREA DE DRENAGEM DA BACIA

Determinação• Medida por planímetro

• Aproximação por composição de figuras geométricas• Calculada a partir de imagens digitalizadas em softwares como AutoCAD, ArcVIEW,

Spring,Idrisi, Grass, Erdas, etc

• Escala normalmente usada 1: 50.000

FORMA DA BACIA

A forma da bacia influencia:• Tempo de concentração• Vazão máxima do hidrograma de cheia (vazão x tempo)• Tempo de base do escoamento superficial

Tempo de Concentração:“Tempo que leva a água para percorrer a distância entre o ponto mais remoto da

área e o exultório”.

COEFICIENTE DE COMPACIDADE (K C)

• P: Perímetro

• C: Comprimento da circunferência de um círculo de área igual à da bacia hidrográfica

• KC: parâmetro adimensional• Quanto maior o KC, mais irregular é a bacia

• KC = 1, bacia circular (teórico)

CP

kc =A

P28,0kc =

Bacia mais sujeita a enchente

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ÍNDICE DE CONFORMAÇÃO (FC)

•Compara a área da bacia à área do quadrado de lado igual ao comprimento axial da bacia:

•Similar ao fator de forma (FF)

2c L

AF =

FATOR DE FORMA (FF)

LB==

bacia da axial oCompriment bacia da média Largura

FF ∑=n

iBn

B1

1

Quanto menor o F F, menos sujeita a enchentes será a bacia

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ÍNDICES DE FORMA PARA DIFERENTES TIPOS DE BACIA

Índice deConformação

(FC)

Fator de Forma

(FF)

Coeficiente deCompacidade

(KC)

SISTEMA DE DRENAGEM

• Reflete o grau de ramificação da rede de drenagem de uma bacia

• Topografia:Plana: rios longos e escassosAcidentada: rios pequenos e numerosos

• Influência:Maior densidade: menor tempo de concentraçãoMaior densidade: maior vazão de pico de cheia

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Ordem dos Cursos d’água(Classificação de Strahler)

Forma da rede de Drenagem

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Densidade de Drenagem (D d)• Dd = 0,5 km/km2 (Bacias com drenagem pobre)• Dd ≥ 3,5km/km2 (Bacias bem drenadas), Villela e Mattos (1975)

Densidade dos Cursos D’Água (D S)

AL

bacia da total Áreaáguad' cursos dos total oCompriment

Dd ==

AN

bacia da total Áreaáguad' cursos de Número

D SS ==

RELEVO DA BACIA

• Influencia fatores meteorológicos e hidrológicos

Velocidade do escoamento superficial = f (declividade do terreno)

Temperatura, precipitação, evaporação = f (altitude da bacia)

• Declividade da bacia

Declividade Velocidade do escoamentosuperficial

Variação das vazões instantâneas

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Curva de distribuição de declividades de uma bacia

Análise de freqüência das declividades de uma bacia hidrográfica

665

690

695

700

700

700

700

695

695

695

690690

690

685

685

680

680

675

675680

680

670

670

665

660655

685

680

685

700

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Análise de freqüência das declividades de uma bacia hidrográfica

Mapa de declividades da sub-bacia do Córrego Santa Izabel, Braço Norte da bacia do Rio Jucu, Domingos Martins, ES.

(classificação segundo a EMBRAPA)

329789,038041

329789,038041

331632,638041

331632,638041

333476,238041

333476,238041

7744

494,

8586

54

7744

494,

8586

54

7745

622,

4162

35

7745

622,

4162

35

7746

749,

9738

16

7746

749,

9738

16

Declividade 0 - 3 % (Relevo plano)

3 - 8 % (Relevo suavemente ondulado)

8 - 20 % (Relevo ondulado)

20 - 45 % (Relevo fortemente ondulado)

45 - 75 % (Relevo montanhoso)

> 75 % (Relevo fortemente montanhoso)

.0 1.000 2.000500

m

Fonte: ZAVOUDAKIS e TULLI, 2004

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• Representação gráfica do relevo médio da bacia• Representa o estudo da variação da elevação dos vários terrenos da

bacia em relação ao nível médio do mar

Curva Hipsométrica

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329722,003091

329722,003091

331565,603091

331565,603091

333409,203091

333409,203091

7744

665,

9740

79

7744

665,

9740

79

7745

793,

5316

60

7745

793,

5316

60

7746

921,

0892

41

7746

921,

0892

41

.

0 1.000 2.000500m

Hipsometria

100 - 120 m

120 - 140 m

140 - 160 m

160 - 180 m

180 - 200 m

200 - 220 m

220 - 240 m

240 - 260 m

260 - 280 m

280 - 300 m

300 - 320 m

320 - 340 m

340 - 360 m

360 - 380 m

380 - 400 m

400 - 420 m

420 - 440 m

440 - 460 m

440 - 480 m

480 - 500 m

500 - 520 m

520 - 540 m

540 - 560 m

560 - 580 m

580 - 600 m

600 - 620 m

620 - 640 m

640 - 660 m

660 - 680 m

680 - 700 m

Hidrografia

Mapa de Hipsometria da sub-bacia do Córrego Santa Izabel, Braço Norte da bacia do Rio Jucu, Domingos Martins (ES)

Fonte: ZAVOUDAKIS e TULLI, 2004

OIdt

dV −=

O balanço entre entradas e saídas de água em uma bacia hidrográfica

V = volume de água no interior de um volume de controle

I = taxa de entrada de água

O = taxa de saída de água

Em intervalos de tempo longos, como um ano ou mais, a variação de armazenamento pode ser considerado desprezível caso se considere apenas as condições médias anuais,

e a equação pode ser reescrita em unidades de mm/ano.

BALANÇO HÍDRICO

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Considerando a bacia hidrográfica como volume de controle

• Bacia Hidrográfica pode ser definida como uma área drenada por uma ou mais cursos d’água, cujas águas nela precipitadas se dirigem para uma única seção, em seu ponto mais baixo, denominada foz.

• A principal entrada de água de uma bacia é a Precipitação

• A saída de água da bacia pode ocorrer por:Evapotranspiração (evaporação e transpiração)Escoamento (superficial e subterrâneo)

• Estas variáveis podem ser medidas com diferentes graus de precisão.

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OIdt

dV −=

Balanço hídrico em bacias hidrográficas

Para qualquer volume de controle, em estado permanente (vazão constante), uma equação geral de balanço hídrico pode ser escrita:

EEEp OSUBTERRÂNELSUPERFICIA −−−=dt

dV

ESUPERFICIAL = taxa de escoamento superficial;ESUBTERRÂNEO = taxa de escoamento subterrâneo;E = taxa de evapotranspiração.

Q = constante zerodt

dV =

0E-EEp OSUBTERRÂNELSUPERFICIA =−−

Em longo prazo e considerando desprezível a taxa de escoamento subterrâneo, quando comparada às demais grandezas, tem-se que:

0E-Ep LSUPERFICIA =−

EEscp +=

0E-EEp OSUBTERRÂNELSUPERFICIA =−−

EQ p +=

0E-Escp =−

ondeP = é a precipitação em mm/ano;Esc = é o escoamento em mm/ano;E = é a evapotranspiração em mm/ano.

Balanço hídrico em bacias hidrográficas

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Região Área Chuva Vazão Evapo Chuva Vazão Evapo Vazãotransp. transp. %

km 2 m3/s m 3/s m 3/s mm mm mm ChuvaAmazonas - Total 6112000 493491 202000 291491 2546 1042 15 04 41Amazonas- Brasil 3884191 277000 128900 139640 2249 1047 11 34 47Tocantins 757000 42387 11300 31087 1766 471 1295 27Atlântico Norte 242000 16388 6000 10388 2136 782 1354 37Atlântico Nordeste 787000 27981 3130 24851 1121 125 996 11São Francisco 634000 19829 3040 16789 986 151 835 15Atlântico Leste (1) 242000 7784 670 7114 1014 87 927 9Atlântico Leste (2) 303000 11791 3710 8081 1227 386 841 31Paraná 877000 39935 11200 28735 1436 403 1033 28Paraguai 368000 16326 1340 14986 1399 115 1284 8Uruguai 178000 9589 4040 5549 1699 716 983 42Atlântico - Sul 224000 10519 4570 5949 1481 643 838 43Brasil - Amazonas Total 10724000 696020 251000 445020 20 47 738 1309 36Brasil - Amazonas Parcial 8496191 479529 177900 293169 1 780 660 1088 37(1) Do Japaratuba (SE) ao Pardo (BA)(1) Do Jequitinhonha (MG/BA) ao Paraíba do Sul ( SP /MG/RJ)

Balanço hídrico de algumas regiões hidrográficas do Brasil