• Introdução

• O rio e a bacia hidrográfica

• Delimitação da bacia hidrográfica

• Padrões de Escoamento e característica da bacia

hidrográfica

• Fatores fisiográficos

• Relação entre uso da terra e padrões de escoamento

• Forma da Bacia e padrão de escoamento

• Características do rio e escoamento na bacia

• Tempo de concentração

• Características da rede de drenagem

Bacia Hidrográfica é uma área definida topograficamente, drenada por um curso d'água ou um sistema conectado de cursos d'água, tal que toda a vazão efluente seja descarregada através de uma simples saída.

(Viessman, Harbaugh and Knapp)

"Bacia Hidrográfica de uma seção de um curso d'água é a área geográfica coletora de água de chuva que, escoando pela superfície do solo, atinge a seção considerada."

Exutório ou Foz

É em uma seção fluvial (exutório) onde será:

• construída uma infraestrutura: reservatório, obra de drenagem...

• avaliada as cheias

• analisada as condições e Impacto nos ecossistemas aquáticos

• A interligação das diversas seções fluviais pela rede de rios produz uma unidade na bacia de tal forma que a ação em um ponto da bacia condiciona os demais pontos.

• A bacia por drenar suas águas para um único ponto possibilita uma operacionalização mais fácil do balanço hídrico.

Precipitação (P)

Evaporação (E)

Transpiração (T)

ENTRADA

SISTEMA

HIDROLÓGICO

A vazão é frequentemente

a variável de maior

interesse nos projetos de

engenharia hidrológica.

SAÍDA

Vazão (Q)

A Lei 9433-97 estabeleceu que a bacia hidrográfica é a unidade

de planejamento de recursos hídricos

(unidade de resposta hidrológica)

BACIA HIDROGRÁFICA

O sistema Fluvial é composto de três zonas. Zona de Montante ou Zona 1 é área

de drenagem onde grande parte do sedimento e da água é originária. A Zona 2

é a parte média do cursos d’água, rios de grandes dimensões tem longas Zona 2

e em rios menores esta Zona pode desaparecer; esta é uma zona de relativa

estabilidade. Zona 3 é a região da baixa bacia.

A declividade longitudinal do perfil

tem um decaimento exponencial na

forma: S=S0e-ax; onde x é a

distância para o trecho de

declividade S0, e a é coeficiente de

redução da declividade.

o diâmetro dos grãos que tem

um decaimento na forma

d=d0e-bx.

• CURSOS D’ÁGUA TORRENCIAIS

Os cursos d’água torrenciais apresentam uma grande variação nas

descargas sólidas e líquidas. Os trechos apresentam grandes

declividades e um grande número de afluentes.

• CURSOS D’ÁGUA FLUVIAIS

Trecho de cabeceira apresenta erosão regressiva. Os trechos

aluvionares é um trecho de deposição com tendência a meandrar e

normalmete apresenta dois alvéolos um de enchente e o outro de

estiagem. Trecho de Planície, o alvéolo sobre um terreno natural,

um único curso sinuoso.

• OUTRA CLASSIFICAÇÃO

J. Larras classificou os cursos d’água em:

• Retilíneo S~0,5 a 0,6 m/km

• Curvos ou meandricos S~0,1 m/km

• Indefinidos ou entrelaçados S~0,1 m/km

Crista ou interflúvio Vertente

Calha Maior

Calha Menor

Divisores:

Primeiro passo - delimitação do seu contorno

Linha de separação que divide as precipitações em bacias vizinha

São 3 os divisores de uma bacia:

- Geológico

- Freático

- topográfico

• Divisor geológico - dificuldades

• Na prática: limitar a bacia a partir de curvas de nível.

Ver Exemplos utilizando

Sistema de Informações Geográficos

P E

Q

V

I

T a) fatores climáticos, mais ligados à

precipitação e evaporação;

b) fatores físicos;

Balanço Hídrico Superficial:

ΔVsuperficial = P – E– I – T – Q

Assumindo-se ΔVsuperficial =0 (Perdas (Abstrações)

Q = P – (E + I + T ) => Q = P - A

Coeficiente

de Runoff: C =

𝑸

𝑷

• Compartimentos Hidrológicos;

a) fatores climáticos, mais ligados à precipitação;

b) fatores físicos;

• Impacto do uso do solo no escoamento: em solo nu e

vegetado;

• Conceito de coeficiente de escoamento (runoff).

“A discussão das características físicas e funcionais das bacias

hidrográficas tem a finalidade de proporcionar o conhecimento

dos diversos fatores que determinam a

A importância desse conhecimento reside no fato de que

através da avaliação dos parâmetros que condicionam essa

vazão pode-se fazer , podendo-se

conhecer melhor os fenômenos passados e fazer extrapolações.

Desse modo, o aproveitamento dos recursos hídricos pode

ser feito de maneira mais racional com maiores benefícios à

sociedade em geral.” Porto e Zahed Filho.

Apostila USP

Todo projeto hidrológico é - f(características locais)

• Comprimento do curso d’água

• Área de drenagem

– Característica mais importante

– Reflete a quantidade de água que pode ser gerada

• Forma da Bacia

– Após ter seu contorno definido - formato

– Influência sobre o escoamento global

1. Uso do solo

2. Tipo do solo

3. Área

4. Forma

5. Declividade da bacia

6. Elevação

7. Declividade do Curso D’água

8. Tipo da Rede de Drenagem

9. Densidade de drenagem

FOLHA JUAZEIRO DO NORTE

ZONAS C

Edificação muito densa:

Panes centrais, densamente construídas de uma cidade com ruas e calçadas

pavimentadas

0,70 - 0,95

Edificação não muito densa:

Partes adjacente ao centro, de menos densidade de habitações, mas com ruas e

calçadas pavimentadas

0,6 - 0,70

Edificações com poucas superfícies livres:

Partes residenciais com construções cerradas, ruas pavimentadas 0,51- 0,60

Edificações com muitas superfícies livres:

Panes residenciais com ruas macadamizadas ou pavimentadas 0,25 - 0,50

Subúrbios com alguma edificação:

Panes de arrabaldes e subúrbios com pequena densidade de construção 0,10 - 0,25

Matas, parques e campos de esporte:

Panes rurais, áreas verdes, superfícies arborizadas, parques ajardinados, campos de

esporte sem pavimentação

0,05 - 0,20

Tabela - Valores do coeficiente de escoamento superficial direto adotados pela Prefeitura do Município de São Paulo (P.S. Wilken, 1978).

Relação Linear entre Volume Precipitado e Escoado

Precipitação efetiva é a parcela da precipitação que se torna

escoamento superficial direto

U T I L I Z A Ç Ã O D A T E R R A C O N D I Ç Õ E S D E S U P E R F Í C I E TIPOS DE SOLOS DE ÁREA

A B C D

Terrenos cultivados Com sulcos retilíneos

Em fileiras retas

77

70

86

80

91

87

94

90

Plantações regulares Em curvas de nível

Terraceado em nível

Em fileiras retas

67

64

64

77

73

76

83

79

84

87

82

88

Plantações de cereais Em curvas de nível

Terraceado em nível

Em fileiras retas

62

60

62

74

71

75

82

79

83

85

82

87

Plantações de legumes ou campos cultivados Em curvas de nível

Terraceado em nível

Pobres

Normais

Boas

60

57

68

49

39

72

70

79

69

61

81

78

86

79

74

84

89

89

94

80

Pastagens Pobres, em curvas de nível

Normais, em curvas de nível

Boas, em curvas de nível

47

25

6

67

59

35

81

75

70

88

83

79

Campos permanentes Normais

Esparsas, de baixa transpiração

Normais

Densas, de alta transpiração

30

45

36

25

58

66

60

55

71

77

73

70

78

83

79

77

Chácaras

Estradas de terra

Normais

Más

De superfície dura

59

72

74

74

82

84

82

87

90

86

89

92

Florestas Muito esparsas, baixa tanspiração

Esparsas

Densas, alta transpiração

Normais

56

46

26

36

75

68

52

60

86

78

62

70

91

84

69

76

Superfícies impermeáveis Áreas urbanizadas 100 100 100 100

• O solo tipo A é o de mais baixo potencial de deflúvio.

Terrenos muito permeáveis. Com pouco silte e argila.

• O solo tipo B tem uma capacidade de infiltração acima da

média após o completo umedecimento. Inclui solos arenosos.

• O solo tipo C tem uma capacidade de infiltração abaixo da

média após a pré-saturação. Contém porcentagem

considerável de argila e colóide.

• O solo tipo D é o de mais alto potencial de deflúvio. Terrenos

quase impermeáveis junto à superfície. Argiloso.

Este método leva em conta, além da precipitação e a umidade

anterior, complexo solo vegetação, expresso pelo parâmetro CN

encontrado.

SP

SPPE

8,0

)2,0( 2

onde:

PE = excesso de chuva

P = precipitação

S = Armazenamento no solo

101000

CN

SEm polegada: Em centímetro: 4,252540

CN

S

A fórmula tem a seguinte apresentação:

solos secos: as chuvas nos últimos 5 dias não

ultrapassaram 15mm

situação média na época das cheias: as chuvas nos

últimos 5 dias totalizaram entre 15 e 40mm

solo úmido (próximo da saturação): as chuvas nos

últimos 5 dias foram superiores a 40mm e as

condições meteorológicas foram desfavoráveis a

altas taxas de evaporação

Condição I

Condição II

Condição III

Os valores de CN apresentados anteriormente referem-se sempre à

condição II. Para converter o valor de CN para as condições I e III

existem as seguintes expressões:

IICN13,010

IICN23IIICN

IICN058,010

IICN2,4ICN

• Classificar o tipo de solo existente na bacia;

• Determinar a ocupação predominante;

• Com a tabela do SCS para a Condição de Umidade II

determinar o valor de CN;

• Corrigir o CN para a condição de umidade desejada;

• No caso de existirem na bacia diversos tipos de solo e

ocupações, determinar o CN pela média ponderada.

• Efeito sobre vazões máximas

• Efeito sobre as vazões mínimas

• Efeito sobre a vazão média específica

Segmentos concêntricos

• NÃO É FÁCIL!

• Coeficiente de Compacidade (Kc)

– Bacia x Círculo

• Fator de Forma (Kf)

– Bacia x Retângulo

r 2

PK c

com

Ar

Ar 2

A

2

PK c

A

P 0,28 K c

Substituindo, temos:

Um coeficiente mínimo igual a corresponde à .

Uma bacia irregular - -

Bacia com Kf baixo - L grande • Menos propensão a enchentes

• Ocorrência de chuvas intensas

,L

LK f mas

L

AL

2fL

AK

Largura média da bacia

B 2

Bn

L

B 1

L

L = K F

L

L

Comp. Axial LL

2

Área da Bacia

L

L

L2

Comp. Axial LÁrea da Bacia

Caso não existam outros fatores que interfiram, quanto mais

próximo de 1 (um) o valor de Fc, isto é, quanto mais a forma da

bacia se aproximar da forma do quadrado do seu comprimento

axial, maior a potencialidade de produção de picos de cheias2L

AFc

A bacia 2 possui índice de compacidade próximo de UM, o que indica forma

próxima de um quadrado e alto potencial de produção de picos de cheia.

2 km

2,3 km

50 km

13,2 km

10 km

10 km

50 km

57,5 km

2 km

90.1829.5

100

30.2

50221

Fc

91.0

25.110

100

5.10

101022

Fc

03.0

49.3102

100

7.55

50223

Fc

2 km

2,3 km

50 km

13,2 km

10 km

10 km

50 km

57,5 km

2 km

2 km

2,3 km

50 km

13,2 km

10 km

10 km

50 km

57,5 km

2 km

E T

C 𝑸

𝑷

• Declividade da bacia • Declividade do curso d’água

H

L

H

H: variação da cota entre os dois pontos extremos

L: comprimento do rio em planta

L

HS

1

É a distância que se estende ao longo do curso água desde a

desembocadura até determinada nascente. O problema reside

em se definir qual é o rio principal, podendo-se utilizar os

seguintes critérios:

- Maior Comprimento;

- Ângulo entre o trecho de montante e jusante.

E T

C 𝑸

𝑷

H

L

H

Declividade do Curso D’água

H: variação da cota entre os dois pontos extremos

L: comprimento do rio em planta

L

HS

1

E T

C 𝑸

𝑷

22

2

L

AS

bp Abp : área abaixo do perfil

L: comprimento em planta do rio

E T

C 𝑸

𝑷

H

L

H

Li

Si

2

1

3

n

Ii

Li

LS

E T

C 𝑸

𝑷

S1

S2

S3

O valor de S2 é bem próximo de S3, que são bem diferentes de S1.

E T

C 𝑸

𝑷

• Grau de ramificação dentro de uma bacia;

• Horton / Strahler.

E T

C 𝑸

𝑷

• Os dois primeiros casos

demonstram o procedimento

para determinar a ordem ou

hierarquia das bacias

hidrográficas, conforme Horton

(A) e Strahler (B).

• Os dois últimos ilustram a

maneira para se determinar a

magnitude das redes de

drenagem. conforme

Seheidegger (C) e Shreve (D).

E T

C 𝑸

𝑷

E T

C 𝑸

𝑷

tL

LSin

L: Comprimento do rio principal

Lt: Comprimento em linha reta - nascente / foz

É o intervalo de tempo contado a partir do início da

precipitação para que toda a bacia hidrográfica correspondente

passe a contribuir na seção de estudo. Corresponde à duração

da trajetória da partícula de água que demore mais tempo para

atingir a seção.

Forma do Hidrograma versus A Relação Tc e Tr

A relação tempo de concentração (tC) e tempo de duração

da chuva (tr) condicionará, no hidrograma, à existência de uma

ou mais pontos de inflexão.

Analisaremos aqui o caso particular da bacia hipotética de

tempo de concentração tC submetida a precipitações de

diferentes durações.

E T

C 𝑸

𝑷

CASO A: • Similarmente ao caso c, existem dois pontos de

inflexão. O patamar ocorre, agora, em virtude de uma compensação entre a água que deixou de precipitar após o tr e aquela oriunda da parte mais jusante da bacia.

• A figura mostra que a chuva cuja duração é igual ao tempo de concentração, produzira uma maior vazão no ponto de controle, sendo portanto considerada de duração crítica.

CASO B: • Existência de um único ponto de inflexão devido ao

fato do término da chuva coincidir com o momento em que toda a bacia contribui para a vazão na seção de controle.

CASO C: • Existência de dois pontos de inflexão; um, corresponde ao

tempo de concentração tC, e o outro corresponde ao tempo de duração de chuva tr. o patamar entre tC e tr resulta do fato de que, uma vez atingido tC (contribuição simultânea de toda a bacia), a chuva prossegue sem elevar a vazão, já que sua intensidade é admitida constante, ou seja, há compensação entre o inflow e o outflow.

• Fórmulas empíricas para o tempo de concentração;

• Kirpich;

385,03

h

L57tc

tc = tempo de concentração em minutos

L = comprimento do talvegue (km)

h = diferença de altitude ao longo do talvegue (m)

E T

C 𝑸

𝑷

• Estimativa do tempo de concentração para bacias maiores; • Equação de Watt e Chow, publicada em 1985 (Dingman,

2002)

• onde tc é o tempo de concentração em minutos; L é o comprimento do curso d’água principal em Km; e S é a declividade do rio curso d’água principal (adimensional).

• Esta equação foi desenvolvida com base em dados de bacias de até 5840 Km2.

79,0

5,068,7

S

Ltc

E T

C 𝑸

𝑷

• Grau de ramificação dentro de uma bacia;

• Horton / Strahler.

E T

C 𝑸

𝑷

• Os dois primeiros casos

demonstram o procedimento

para determinar a ordem ou

hierarquia das bacias

hidrográficas, conforme Horton

(A) e Strahler (B).

• Os dois últimos ilustram a

maneira para se determinar a

magnitude das redes de

drenagem. conforme

Seheidegger (C) e Shreve (D).

E T

C 𝑸

𝑷

• O sistema de drenagem de uma bacia é constituído pelo rio

principal e seus afluentes

- Bacia bem drenada;

- Menor tempo de concentração;

- Picos de enchente altos.

• Ordem dos cursos d’água;

• Densidade de drenagem;

• Extensão média de escoamento superficial;

• Sinuosidade do curso d’água.

E T

C 𝑸

𝑷

• Segundo VILLELA e Mattos (1975):

• 0,5km/km² - drenagem pobre;

• 3,5km/km² - bacias excepcionalmente bem drenadas.

AD 1

d

E T

C 𝑸

𝑷

A

LDd

L: Comprimento total dos

cursos d’água

A: área de drenagem (área da

bacia)

Exemplo - calcular a drenagem da bacia abaixo:

08125.0800

615935

A

LDd

E T

C 𝑸

𝑷

• Ns: número de cursos d’água

• A: área da bacia

A

NsDs

E T

C 𝑸

𝑷