bacia hidrografica

HIDROLOGIA

Prof. Me. Luiz A. Grell de Moraes

FMU FMU

BACIA HIDROGRFICA O Ciclo Hidrolgico, pode ser visto como um sistema hidrolgico

fechado, j que a quantidade de gua disponvel para a terra

finita e indestrutvel mas seus subsistemas abertos so

abundantes, e estes so os tipos analisados pelos hidrologistas.

O equilbrio mdio anual, em volume, entre a precipitao e a

evapotranspirao, apresenta o valor: P = E = 423 x 10 m/ano

Cerca de 36% da energia solar que chega no sistema

terrestre, utilizada para a evaporao da terra e do mar. A quantidade de gua e a velocidade do ciclo hidrolgico, so

influenciadas pela cobertura vegetal, altitude, topografia,

temperatura, tipo de solo e geologia.

As quantificaes das reservas de gua da Terra so:

Fonte Volume (m) %

Oceano 1350x10^15 97,5

Geleiras 25x10^15 1,81

gua subterrnea 8,4x10^15 0,61

Rios e Lagos 0,2x10^15 0,01

Biosfera 0,0006x10^15 0,00

Atmosfera 0,013x10^15 0,00

TOTAL 1383,61x10^15 100,0

Em certas regies da Terra, o ciclo hidrolgico manifesta-se de

forma bastante peculiar e diversa devido aos fatores:

desuniformidade com que a energia solar atinge os diversos locais,

diferente comportamento trmico dos continentes em relao aos oceanos,

quantidade de vapor de gua, CO2 e oznio na atmosfera,

variabilidade espacial de solos e coberturas vegetais e

influncia da rotao/inclinao do eixo terrestre na circulao atmosfrica.

Do ponto de vista da hidrologia da engenharia, ou da engenharia

hidrolgica, o ciclo hidrolgico normalmente estudado com

maior interesse na fase terrestre, onde o elemento

fundamental da anlise a rede hidrogrfica

ou bacia de drenagem.

Dentre as regies de importncia prtica para os hidrologistas

destacam-se as Bacias Hidrogrficas (BH) ou Bacias de

Drenagem, por causa da simplicidade que oferecem na aplicao

do balano de gua local e regional. A bacia hidrogrfica a rea de captao natural dos fluxos de

gua originados a partir da precipitao, que faz convergir os

seus escoamentos para um nico ponto de sada, o exutrio.

A definio de uma bacia hidrogrfica requer um curso dgua, um ponto ou seo de estudo no curso dgua e informaes sobre o relevo da regio.

A bacia hidrogrfica uma rea definida topograficamente,

drenada por um curso de gua ou um sistema conectado de

cursos dgua, dispondo de uma sada para que toda a vazo efluente seja descarregada.

Bacia hidrogrfica e balano hdrico

Uma bacia hidrogrfica compreende, ento, toda a rea de

captao natural da gua da chuva, que proporciona escoamento

superficial para o canal principal.

A bacia hidrogrfica transforma uma entrada concentrada no

tempo (precipitao) em uma sada relativamente distribuda

no tempo (escoamento).

Caractersticas de uma bacia que dependem do relevo (dados

fisiogrficos extrados de mapas, fotografias e imagens): rea e

forma, comprimento da drenagem principal e declividade media.

A bacia a regio de captao da gua da chuva e sua rea

multiplicada pela lmina precipitada ao longo de um intervalo de

tempo, define o volume de gua recebido nesse intervalo.

A rea de uma bacia hidrogrfica pode ser estimada a partir da

delimitao dos divisores da bacia em um mapa topogrfico.

Bacia hidrogrfica e balano hdrico

Caractersticas Importantes da Bacia Os tipos de solos, a geologia, a vegetao e o uso do solo so

caractersticas importantes da bacia hidrogrfica que no esto

diretamente relacionadas ao relevo.

Os tipos de solos e a geologia vo determinar em grande parte a quantidade de gua precipitada que vai infiltrar no solo e a

quantidade que vai escoar superficialmente.

A vegetao tem um efeito muito grande sobre a formao do escoamento superficial e sobre a evapotranspirao.

O uso do solo pode alterar as caractersticas naturais, modificando as quantidades de gua que infiltram, que escoam e

que evaporam, alterando o comportamento hidrolgico da bacia.

1. Os mais importantes fatores p/ estudos so REA DA

BACIA; FORMATO DA BACIA e

SISTEMA DE DRENAGEM.

1. REA DA BACIA;

2. FORMATO DA BACIA e

3. SISTEMA DE DRENAGEM.

Estas caractersticas fsicas so importantes para se transferir

dados de uma bacia monitorada para uma outra

qualitativamente semelhante onde faltam dados ou no

possvel a instalao de postos hidromtricos (fluviomtricos e

pluviomtricos).

um estudo particularmente importante nas cincias ambientais,

pois no Brasil, a densidade de postos fluviomtricos baixa e

a maioria deles encontram-se nos grandes cursos dgua, devido a prioridade do governo para a gerao de energia

hidroeltrica (Brasil: 1 posto/ 4000 km2; USA: 1 posto/ 1000

km2; Israel: 1 posto/ 200 km2).

Caractersticas Fsicas de uma Bacia

A determinao da rea de drenagem de uma bacia feita com

uma planta topogrfica com altimetria, traando-se uma linha

divisria pelos pontos de maior cota entre bacias vizinhas.

Para que haja preciso na determinao da rea utiliza-se um

planmetro, com mtodos geomtricos de determinao de rea

de figura irregular ou com recursos de Sist.Info. Geogrfica (SIG).

1. rea da Bacia

1. rea da Bacia

Para que haja preciso na determinao da rea utiliza-se um

planmetro, com mtodos geomtricos de determinao de rea

irregular ou c/recursos de Sistema de Informao Geogrfica (SIG) (GIS - Geographic Information System, um sistema de hardware, software, c/ informao

espacial, procedimentos computacionais e recursos humanos que permite e facilita a anlise

gesto ou representao do espao e dos fenmenos que nele ocorrem).

1. rea da Bacia

1. rea da Bacia

Planmetros

2. Forma da Bacia Aps seu contorno definido alm da rea que pode ser calculada, tem-se o formato da bacia hidrogrfica.

Esse formato tem uma influncia sobre o escoamento global.

Essa influencia pode ser demonstrada com 3 bacias de formatos diferentes porm de mesma rea e sujeitas a uma precipitao de

mesma intensidade:

Elas apresentaro durao tc diferente para que todos os pontos (da bacia) tenham contribudo para a descarga (em horas)

: A = 10 ; B = 5 e C= 8,5 tc = tempo de concentrao

Tempo de Concentrao

o tempo que uma gota

O tempo de concentrao de

uma bacia diminui com o

aumento da declividade media

do curso dgua principal.

A equao de Kirpich,

utilizada para estimativa do

tempo de concentrao de

pequenas bacias:

de chuva que atinge a regio

mais remota da bacia leva

para atingir o exutrio

(desembocadura).

2. Forma da Bacia

tc o tempo de concentrao em minutos;

L o comprimento do curso dgua principal em km e h diferena de altitude em m ao longo do curso dgua principal S a declividade mdia do curso dgua principal (%).

Tempo de Concentrao

- equao de Kirpich

2. Forma da Bacia

tc o tempo de concentrao em minutos;

L o comprimento do curso dgua principal em km e

h diferena de altitude em m ao longo do curso dgua principal

S a declividade mdia do curso dgua principal (%).

A equao de Kirpich, apresentada acima, foi desenvolvida

empiricamente a partir de dados de bacias pequenas (menores do

que 0,5 Km)

Para estimar tc de bacias maiores pode ser

utilizada a equao de Watt e Chow.

Tempo de Concentrao - equao de Kirpich

equao de

Watt e Chow

2. Forma da Bacia

2. Forma da Bacia GRAVELIUS props dois ndices para exprimir a forma da bacia

hidrogrfica: Coeficiente de Compacidade e Fator de Forma:

A. COEFICIENTE DE COMPACIDADE (KC) a relao entre os

permetros, da bacia e de um crculo de rea igual a da bacia:

onde P o permetro (medido

com o curvmetro) em Km e

A a rea da bacia (medida

com o planmetro) em Km2.

Kc>1 e quanto menor (mais

proximo de 1) mais circular

a bacia, menor o tc e maior a

propenso enchente.

Kc = 1 indica a bacia circular

2. Forma da Bacia B. FATOR DE FORMA (Kf) : a relao entre a largura mdia da

bacia e o comprimento axial do curso d gua L (medido seguindo-se o curso d gua mais longo desde a cabeceira mais distante da bacia at a desembocadura).

Kf baixo (L grande), ter menor propenso

a enchentes que outra com mesma rea,

mas com Kf maior ( tc maior).

1,00 0,75 - sujeito a enchentes; 0,75 0,50 - tendncia mediana; e < 0,50 - no sujeito a enchentes

obtida por diviso da rea/bacia pelo comprimento/bacia

3. Sistema de Drenagem

O sistema de drenagem de uma bacia formado pelo rio principal

e seus afluentes e suas caractersticas podem ser descritos pela:

a) ordem dos cursos de gua,

b) densidade de drenagem,

c) extenso mdia do escoamento superficial e

d) sinuosidade do curso de gua.

Ordem dos Cursos de gua uma classificao que reflete o

grau de ramificao ou bifurcao dentro de uma bacia.

Os cursos de gua maiores possuem seus tributrios, que por sua vez possuem outros at que se chegue aos minsculos cursos

de gua das extremidades.

3. Sistema de Drenagem Ordem dos Cursos de gua: Todos os afluentes que no se

ramificam (que desembocam no rio principal ou em seus ramos)

so chamados de primeira ordem (1) Os cursos de gua que

apenas recebem afluentes e que no se subdividem so chamados

de segunda ordem (2). J os de terceira ordem so formados pela

unio de dois cursos dgua de segunda ordem e assim por diante.

O sistema de drenagem de uma bacia constitudo pelo rio principal e seus afluentes;

o estudo das ramificaes importante, pois

indica a maior ou menor velocidade com que

a gua deixa a bacia hidrogrfica.

Maior o grau de ramificao

da rede, maior a tendncia

para o pico de cheia.

Critrio proposto por Horton e modificado por Strahle: :

3. Sistema de Drenagem Ordem dos Cursos de gua: Todos os afluentes que no se

ramificam (que desembocam no rio principal ou em seus ramos)

so chamados de primeira ordem (1) Os cursos de gua que

apenas recebem afluentes e que no se subdividem so chamados

de segunda ordem (2). J os de terceira ordem so formados pela

unio de dois cursos dgua de segunda ordem e assim por diante.

Strahle

Ordem dos Cursos de gua: Todos os afluentes que no se

ramificam (que desembocam no rio principal ou em seus ramos) so

chamados de primeira ordem (1) Os cursos de gua que apenas

recebem afluentes e que no se subdividem so chamados de

segunda ordem (2). J os de terceira ordem so formados pela unio

de dois cursos dgua de segunda ordem e assim por diante.


Critrio proposto por Horton e modificado por Strahle: :

MTODOS

de Strahler.

de Horton

da Probabilidade de Excedncia do Comprimento de Canais

do Box-counting

de Richardson


Densidade de Drenagem (Dd): indica o grau de desenvolvimento de um sistema de drenagem, expressando a relao entre o

comprimento total dos cursos dgua (sejam eles efmeros, intermitentes ou perenes) de uma bacia e a sua rea total.

reas de relevo plano e suave so de baixa densidade de

drenagem, com condio de alta permeabilidade que permite rapidez

de infiltrao de gua e formao de lenis aqferos.

Perene: contem gua o ano inteiro mesmo nas secas severas

(alimentado pelo lenol fretico).

Intermitente: escoam na estao de chuvas e seca nas estiagem.

Efmero: existe apenas imediatamente aps uma precipitao.

reas de alta densidade de drenagem (>13 km/km), apresentam

relevo acidentado com escoamento superficial mais rpido, com

ao erosiva em sulco ou vooroca formando at mesmo ravina.

Vooroca na cidade de Luiziana/PR 02-04-2011

Eroso em ravinas em Cajati/SP


Extenso Mdia do Escoamento Superficial:

Distncia mdia que a gua de chuva tem que escoar sobre os

terrenos da bacia (em linha reta) do ponto da queda at o curso

dgua mais prximo (usado na metodologia de calculo do tc).

A bacia transformada em retngulo de mesma rea, onde o lado

maior a soma dos comprimentos dos rios da bacia ( L)

( L)

( L)

4.( L)


Sinuosidade do Curso Dgua: Relao entre o comprimento do rio principal (L) e o comprimento do talvegue ( Lt ) que a medida

em linha reta entre o ponto inicial e o final do curso de gua

principal.

Este fator

adimensional

e quanto maior

seu valor maior

a sinuosidade

do curso d gua

Todos os pontos situados

sobre uma curva tem a

mesma altitude;

Duas curvas de nvel no podem se tocar ou se

cruzar - na verdade a curva

passa por baixo da outra, e

deve ser representada com

uma linha tracejada;

Uma curva de nvel sempre tem um fim,

fechando-se em si mesma;

Uma curva de nvel no pode bifurcar-se;

Terrenos planos apresentam curvas de nvel

mais espaadas.

CURVAS DE NIVEL

Esturio/ exutrio

Area= 5,92 km e Perimetro= 8,7 km

Area= 4,00 km e Perimetro= 8,0 km

200

m

Bacia B

Clculos dos Fatores e Caractersticas das Bacias

DADOS OBTIDOS NO MAPA

Bacia A Bacia B rea = 4,00 km rea = 5,92 km

Permetro = 8,0 km Permetro = 8,7 km

L(curso dgua principal)=3,2 km L = 2,8 km h ( de altura do curso)=1000 m h = 800 m L (comprimento dos cursos)= 6 km L = 8 km Lt (comprimento do talvegue)=2,8km Lt = 2,6 km

CALCULOS

- Tempo de Concentrao Tc=15,30 min Tc=14,27 min

- Coeficiente de Compacidade Kc=1,12 Kc=1,009 ~ 1,01

- Fator de Forma Kf = 0,39 kf = 0,76

- Ordem 2 Ordem 3

- Densidade de Drenagem Dd =1,5 (1/km) Dd = 1,35 (por km)

- Extenso media escoamento l=0,167km l=0,185 km - Sinuosidade do curso Sin = 1,143 Sin = 1,070

Avalie e verifique se h coerncia entre as

caractersticas das bacias (obtidas do mapa) com

os Tcs- Tempos de concentrao, calculados? - A probabilidade de inundao maior em qual

bacia e quais caractersticas realmente

comprovam a tendncia calculada pelos Tcs?

DADOS OBTIDOS NO MAPA

Bacia A Bacia B rea ....................................................... 4,00 km 5,92 km

Permetro .............................................. 8,0 km 8,7 km

L (curso dgua principal) .................... 3,2 km 2,8 km h ( de altura do curso principal) ..... 1000 m 800 m L (comprimento dos cursos dgua).. 6 km 8 km Lt (comprimento do talvegue)............... 2,8km 2,6 km

Tempo de Concentrao ............TcA=15,30min TcB=14,27min

Avalie e verifique as proposies dos fatores

calculados para cada Bacia e compare-os:

- Os resultados esto coerentes c/ os Tcs calculados? - Quais fatores realmente comprovam a tendncia de

inundao calculada pelos Tcs? - Faa uma analise critica desses estudos cientificos.

FATORES CALCULADOS

Bacia A Bacia B - Tempo de Concentrao Tc 15,30 min 14,27 min

- Coeficiente de Compacidade Kc 1,12 1,01

- Fator de Forma Kf 0,39 0,76

- Ordem Ordem 2 Ordem 3

- Densidade de Drenagem Dd 1,5 (por km) 1,35 (1/km)

- Extenso media escoamento l 0,167km 0,185 km - Sinuosidade do curso Sin 1,143 1,070

bacia hidrografica

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