hidrologia aplicada.pdf

TICIANA M. CARVALHO STUDART

2006

CCaappttuulloo

11 HHiiddrroollooggiiaa AApplliiccaaddaa . INTRODUO HIDROLOGIA

No a toa que o Planeta Terra chamado de o Planeta Azul - dois teros de sua superfcie so

cobertos pela gua de mares e oceanos (Figura 1.1). Na realidade, existe gua em praticamente todo

lugar: sobre a superfcie terrestre, na forma de rios, lagos, mares e oceanos; sob a superfcie

terrestre, na forma de gua subterrnea e umidade do solo e na atmosfera, na forma de vapor

dgua. A gua, em certos locais, pode ocorrer de forma quase ilimitada, como nos oceanos, ou em

quantidades praticamente nulas, como nos desertos.

Figura 1.1 Planeta Terra

Apesar da maior parte da gua do Planeta, em qualquer momento, estar contida nos oceanos, a

mesma est em contnuo movimento, em um ciclo cuja fonte principal de energia o sol e cuja

principal fora atuante a gravidade. A esta transferncia ininterrupta da gua do oceano para o

continente e do continente para o oceano (Figura 1.2), d-se o nome de Ciclo Hidrolgico.

Ticiana Studart e Nilson Campos

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. INTRODUO HIDROLOGIA

No a toa que o Planeta Terra chamado de o Planeta Azul - dois teros de sua superfcie so cobertos pela gua de mares e oceanos (Figura 1.1). Na realidade, existe gua em praticamente todo lugar: sobre a superfcie terrestre, na forma de rios, lagos, mares e oceanos; sob a superfcie terrestre, na forma de gua subterrnea e umidade do solo e na atmosfera, na forma de vapor dgua. A gua, em certos locais, pode ocorrer de forma quase ilimitada, como nos oceanos, ou em quantidades praticamente nulas, como nos desertos.

Figura 1.1 Planeta Terra

Apesar da maior parte da gua do Planeta, em qualquer momento, estar contida nos oceanos, a mesma est em contnuo movimento, em um ciclo cuja fonte principal de energia o sol e cuja principal fora atuante a gravidade. A esta transferncia ininterrupta da gua do oceano para o continente e do continente para o oceano (Figura 1.2), d-se o nome de Ciclo Hidrolgico.

OCEANOS CONTINENTE

CICLO HIDROLGICO

Figura 1.2 Transferncia da gua oceano x continente

1.1. Etimologia e definio de Hidrologia

A palavra HIDROLOGIA originada das palavras gregas HYDOR, que significa gua e LOGOS, que significa cincia. Hidrologia , pois, a cincia que estuda a gua.

Definio 1: Hidrologia a cincia que trata da gua na Terra, sua ocorrncia, circulao e distribuio, suas propriedades fsicas e qumicas, e sua reao com o meio ambiente, incluindo sua relao com as formas vivas relacionada com toda a gua da Terra, sua ocorrncia, distribuio e circulao, suas propriedades fsicas e qumicas, seu efeito sobre o meio ambiente e sobre todas as formas da vida. (Definio proposta pelo US Federal Council for Sciences and Technology (Chow, 1959)).

Por ser muito ampla, difcil pensar numa cincia que no esteja includa nesta definio. A Botnica, ao estudar o transporte de gua atravs dos vegetais ou a Medicina, ao estudar a gua no corpo humano, fariam parte da Hidrologia. Na prtica, a definio de Hidrologia :

Definio 2: A Hidrologia estuda as fases do ciclo hidrolgico, descrevendo seu passado, tentando prever seu futuro.

2. CICLO HIDROLGICO

A gua diferencia-se dos demais recursos naturais pela notvel propriedade de renovar-se continuamente, graas ao ciclo hidrolgico. Embora o movimento cclico da gua no tenha princpio nem fim, costuma-se iniciar seu estudo descritivo pela evaporao da gua dos oceanos, seguida de sua precipitao sobre a superfcie que, coletada pelos cursos d gua, retorna ao local de partida.

A descrio acima simplifica sobremaneira o processo que realmente ocorre (Figura 1.3), uma vez que no esto computadas as eventuais interrupes que podem ocorrer em vrios estgios (Ex. precipitao sobre o oceano) e a ntima dependncia das intensidade e freqncia do ciclo hidrolgico com a geografia e o clima local.

Figura 1.3 Ciclo Hidrolgico. (Fonte: Dnaee)

Alguns tpicos podem ser destacados:

1. O sol constitui-se na fonte de energia para a realizao do ciclo. O calor por ele liberado atua sobre a superfcie dos oceanos, rios e lagos estimulando a converso da gua do estado lquido para gasoso.

2. A ascenso do vapor d gua conduz formao de nuvens, que podem se deslocar, sob a ao do vento, para regies continentais.

3. Sob condies favorveis a gua condensada nas nuvens precipita (sob forma de neve, granizo ou chuva)(1) podendo ser dispersada de vrias formas:

Reteno temporria ao solo prximo de onde caiu;

Escoamento sobre a superfcie do solo ou atravs do solo para os rios;

Penetrao no solo profundo.

4. Atingindo os veios d gua, a gua prossegue seu caminho de volta ao oceano, completando o ciclo.

5. As depresses superficiais porventura existentes retm a gua precipitada temporariamente. Essa gua poder retornar para compor fases seguintes do ciclo pela evaporao e transpirao da plantas.

6. Os escoamentos superficial e subterrneo decorrem da ao da gravidade, podendo parte desta gua ser evaporada ou infiltrada antes de atingir o curso d gua.

7. Atingindo os veios dgua, a gua prossegue seu caminho de volta ao oceano, completando o ciclo.

8. A evaporao acompanha o ciclo hidrolgico em quase todas as suas fases, seja durante a precipitao, seja durante o escoamento superficial.

Dotado de certa aleatoriedade temporal e espacial, o ciclo hidrolgico configura processos bem mais complexos que os acima descritos. Uma vez que as etapas precedentes precipitao esto dentro do escopo da meteorologia, compete ao hidrlogo conhecer principalmente as fases do ciclo que se processam sobre a superfcie terrestre, quais sejam, precipitao, evaporao e transpirao, escoamento superficial e escoamento subterrneo.

3. UM POUCO DA HISTRIA DA HIDROLOGIA

Os mais antigos trabalhos de drenagem e irrigao em larga escala so atribudos ao Fara Mens, fundador da primeira dinastia egpcia, que barrou o rio Nilo prximo a Mnphis, com uma barragem de 15m e extenso de aproximadamente 500 metros, para alimentar o canal de irrigao.

Tambm no Egito encontram-se os primeiros registros sistemticos de nveis de enchentes. Estes registros datam de 3.500 a.C. e indicavam aos agricultores a poca oportuna de romper os diques para inundar e fertilizar as terras agricultveis. Nota-se que, aos egpcios, pouco importava o estudo da Hidrologia como cincia e sim. A sua utilizao.

Muitos conceitos errneos e falhas de compreenso atravessaram o desenvolvimento da engenharia no seu sentido atual. Os gregos foram os primeiros filsofos que estudaram seriamente a Hidrologia, com Aristteles sugerindo que os rios eram alimentados pelas chuvas. Sua maior dificuldade eram explicar a origem da gua subterrnea. Somente na poca de Leonardo da Vinci (por volta de 1.500 d.C)a idia da alimentao dos rios pela precipitao comeou a ser aceita. No entanto, foi apenas no ano de 1694 que Perrault, atravs de medidas pluviomtricas na bacia do rio Sena, demonstrou, quantitativamente, que o volume precipitado ao longo do ano era suficiente para manter o volume escoado.

O astrnomo ingls Halley, em 1693, provou que a evaporao da gua do mar era suficiente para responder por todas as nascentes e fluxos dgua. Mariotte, 1em 1686, mediu a velocidade do rio Sena. Estes primeiros conhecimentos de Hidrologia permitiram inmros avanos no Sculo XVIII, incluindo o teorema de Bernoulli, o Tubo Pitot e a Frmula de Chzy, que formam a base da Hidrulica e da Mecnica dos Fluidos.

Durante o Sculo XIX, foram feitos significantes avanos na teoria da gua subterrnea, incluindo a Lei de Darcy. No que se refere Hidrologia de guas superficiais, muitas frmulas e instrumentos de medio foram criados.

Chow (1954) chamou o perodo compreendido entre 1900 e 1930 ficou conhecido como o Perodo do Empirismo. O perodo de 1930 a 1950 seria o Perodo da Racionalizao. Datam desta poca o Hidrograma Unitrio de Sherman (1932) e a Teoria da Infiltrao de Horton (1933). Entre 1940 a 1950 foram feitos significantes avanos no entendimento do processo de evaporao. Em 1958, Gumbel llana as bases da moderna hidrologia estocstica. A partir da dcada de 70, a Hidrologia passa a contar com o avanos computacionais, o que levaram ao desenvolvimento de muitos modelos de simulao

4. DISPONIBILIDADES HDRICAS MUNDIAIS

Segundo Lvovich (apud Raudikivi, 1979), a ordem de grandeza e a distribuio das disponibilidades hdricas no mundo so as mostradas na Tabela 1.1.

Tabela 1.1 Distribuio das disponibilidades hdricas no mundo

Fonte

Superfcie

(106 Km2)

Volume

(106 Km2)

% do Volume Total

Oceanos

360

1.370.323

93,93

guas Subterrneas

-

64.000

4,39

Geleiras e Neve Perptua

16

24.000

1,65

Lagos

-

230

0,016

Umidade do Solo

-

75

0,005

gua na Atmosfera

510

14

0,001

Rios

1,2

0,0001

Total

1.458.643

100

Fonte: Raudikivi (1979)

Deste total, cerca de 94% de gua salgada e apenas 6%, de gua doce. Desconsiderando a quantidade de gua doce sob forma de geleiras, guas subterrneas e umidade atmosfrica, nfimos 0,0161% do total da gua do Planeta esto disponveis em rios e lagos (Figura 1.4), os quais no se encontram eqitativamente distribudos sobre todo o Planeta.

Figura 1.4 gua doce disponvel em lagos e rios

Para se dar uma pequena idia da m distribuio espacial da gua, cita-se o exemplo do Brasil, que possui cerca de 12% das reservas hdricas superficiais do mundo, mas com aproximadamente 65% destes recursos concentrados na Amaznia.

Questes a se pensar:

1. Por que se preocupar com as vrias fases do ciclo hidrolgico?

2. Se o estudo da Hidrologia no era importante h 30-40 anos atrs, por que o deveria ser hoje?

3. Se essa quantidade de gua doce nunca foi motivo de grandes preocupaes, por que o seria agora?

5. A gua e o desenvolvimento

A gua sempre desempenhou um papel fundamental na histria da humanidade. O surgimentodas cidades sempre se deu ao longo os rios. Entretanto, no se tinha a percepo da importncia da gua como hoje, uma vez que sua qualidade e quantidade eram adequadas s necessidades da poca abastecimento, diluio de dejetos, pesca, gerao de energia, entre outros. Como as fontes hdricas no eram desenvolvidas no limite de sua possibilidades, havia pouco interesse em se obter dados e conhecimento a respeito de suas capacidades mximas, e assim a Hidrologia, como cincia, pouco se desenvolveu.

Hoje, o cenrio outro. Segundo a Organizao das Naes Unidas (ONU), o consumo mundial de gua doce dobrou nos ltimos 50 anos e corresponde, atualmente, metade de todos os recursos hdricos acessveis. Explorar tais recursos foi o motor do desenvolvimento econmico de muitos pases, sobretudo na agricultura, abastecimento humano e animal, gerao de energia, indstria e transporte. Porm a competio por gua entre tais setores vem degradando as fontes naturais, das quais o mundo depende. O ciclo natural da gua tem sido interrompido ou alterado em regies muito artificializadas, como as megacidades.

consenso geral que a gesto das guas uma necessidade. E assim, a Hidrologia ressurge, hoje, como ferramenta indispensvel para tal fim, uma vez a cincia que trata do entendimento dos processos naturais que do base aos projetos de suprimento de gua. S ela pode avaliar como e quanto o ciclo hidrolgico pode ser modificado pelas atividades humanas.

No passado, j existiam estes sinais de desconhecimento da Hidrologia, mas os mesmos s afetavam pequenas parcelas da populao e tinham pouca divulgao. Isto tem mudado significativamente nos ltimos 30 anos. Hoje j se tem o entendimento que a prosperidade e a sobrevivncia da humanidade funo da disponibilidade de gua doce e potvel e que, a cada ano nascem mais alguns milhes de consumidores e no criada, sequer, uma gota dgua a mais no Planeta.

Os mltiplos usos e usurios disputando um mesmo litro de gua e a perspectiva de demandas ainda maiores no futuro indicam que mais e mais profissionais e no somente o engenheiro necessitam ter conhecimentos de Hidrologia. Somente assim os tomadores de deciso podero avaliar as vantagens e desvantagens de cada alterao proposta no ciclo hidrolgico.

Exemplos da falta de conhecimentos de Hidrologia na sociedade moderna:

1. Construo nas plancies aluviais de rios

2. Reservatrios superdimensionados

3. Problemas de drenagem urbana

4. Construo e reservatrios pouco profundos em regies com altas taxas de evaporao5. Perfurao de poos secos em regies cristalinas

6. Problemas de salinizao de solos em projetos de irrigao em regies ridas e semi-ridas

Exemplo concreto 1: o Aude Cedro Ce

O Aude Cedro foi construdo em 1906, no municpio de Quixad, Cear. Exemplo clssico de falta de conhecimento hidrolgico, o reservatrio foi superdimensionado, construdo com capacidade de acumulao equivalente a seis vezes seu volume afluente anual. Tendo sangrado pouqussimas vezes desde sua construo, a Figura 1.5 mostra uma das ocasies em que esvaziou totalmente, em 2001.

Figura 1.5 - Aude Cedro Ce (vazio em novembro de 2001)

Exemplo concreto 2: Inundao em Fortaleza, Ce

A Figura 1.6 mostra um problema de drenagem urbana caractersticos das grandes cidades, no caso, Fortaleza, Ce.

Figura 1.6--Enchente em Fortaleza, Ce em 1997

6. APLICAES DA HIDROLOGIA ENGENHARIA

A Hidrologia no uma cincia pura, uma vez que o objeto de estudo usualmente dirigido para aplicaes prticas, sendo assim, o termo Hidrologia Aplicada freqentemente utilizado. Eis algumas das aplicaes da hidrologia:

Escolha de fontes de abastecimento de gua

Subterrnea - locao do poo e capacidade de bombeamento

Superficial locao da barragem, estimativa da vazo afluente e da vazo a ser regularizada, dimensionamento do reservatrio e do sangradouro

Drenagem urbana dimensionamento de bueiros

Drenagem de rodovias dimensionamento de pontes e pontilhes

Irrigao fonte de abastecimento, estimativa da evapotranspirao da cultura

Controle de enchentes dragagem do leito do rio, construo de reservatrios de controle de cheias

Exemplo concreto 1: cheias e secas no rio Capibaribe

A Bacia do rio Capibaribe, Pernambuco, tem sua histria intimamente ligada a episdios de cheias catastrficas, notadamente na Regio Metropolitana de Recife. Entretanto, nos ltimos anos, a cidade vem sendo atingida por uma grave crise no abastecimento dgua, sendo obrigatrio o uso extensivo de carros-pipa. Os quatro maiores audes da bacia Jucazinho, Carpina, Goit e Tapacur, representam cerca de 91% do total acumulado nos audes mais importantes da bacia e so utilizados tanto para controle de cheias como para o abastecimento. A operao de reservatrios com mltiplas finalidades feita tradicionalmente com a diviso do volume total armazenvel em zonas para o atendimento de seus diferentes objetivos. Na prtica, a diviso consiste em se alocar volumes de reserva para as respectivas finalidades. Objetivos diametralmente conflitantes, como controle de cheias que requer que a parte do volume destinada a este fim permanea seca para que a cheia possa assim ser contida e conservao que precisa que a gua seja efetivamente armazenada para usos futuros em irrigao e abastecimento municipal e industrial no so fceis de conciliar.

As figuras 1.7 e 1.8 mostram, respectivamente, um esquema da bacia hidrogrfica do rio Capibaribe com seus barramentos construdos ao longo de seu leito, e Recife em um episdio de inundao.

Figura 1.7 -- Bacia hidrogrfica do rio Capibaribe (Pe) e seus barramentos

Figura 1.6--Enchente em Recife, Pe

7. RELAO DA HIDROLOGIA COM OUTRAS CINCIAS

Devido a natureza complexa do ciclo hidrolgico e suas relaes com os padres climticos, tipos de solos, topografia e geologia, as fronteiras entre a hidrologia e as outras cincias da terra, tais como meteorologia, geologia, ecologia e oceanografia no so muito distintas. Na realidade, tais cincias tambm podem ser consideradas ramos da hidrologia:

Meteorologia e Hidrometeorologia estudo da gua atmosfrica.

Oceanografia estudo dos oceanos.

Hidrografia estudo das guas superficiais.

Potamologia estudo dos rios.

Limnologia estudo dos lagos e reservatrios.

Hidrogeologia estudo das guas subterrneas.

Sendo assim, poucos problemas hidrolgicos podem ficar limitados a apenas um desses ramos. Freqentemente, devido a grande inter-relaes do fenmeno, a soluo do problema s pode ser dada atravs de uma discusso interdisciplinar com profissionais de um ou mais desses ramos. Muitas outras cincias podem ainda ser utilizadas na Hidrologia, tais como fsica, qumica, geologia, geografia, mecnica dos fluidos, estatstica, economia, computao, direito, etc.

Captulo

1

Hidrologia Aplicada

(1) Quando a precipitao se d sob forma de neve ou granizo, a reteno no solo mais demorada, at que ali se processe a fuso.

Hidrologia Aplicada


10


??Karine??Cap 1_Introdu??o_18 de jul de 2003.doc

2Captulo 1 Hidrologia Aplicada

OCEANOS CONTINENTE

CICLO HIDROLGICO

Figura 1.2 Transferncia da gua oceano x continente

1.1. Etimologia e definio de Hidrologia

A palavra HIDROLOGIA originada das palavras gregas HYDOR, que significa gua e LOGOS, que

significa cincia. Hidrologia , pois, a cincia que estuda a gua.

Definio 1: Hidrologia a cincia que trata da gua na Terra, sua ocorrncia, circulao e

distribuio, suas propriedades fsicas e qumicas, e sua reao com o meio ambiente, incluindo

sua relao com as formas vivas relacionada com toda a gua da Terra, sua ocorrncia,

distribuio e circulao, suas propriedades fsicas e qumicas, seu efeito sobre o meio ambiente

e sobre todas as formas da vida. (Definio proposta pelo US Federal Council for Sciences and

Technology (Chow, 1959)).

Por ser muito ampla, difcil pensar numa cincia que no esteja includa nesta definio. A Botnica,

ao estudar o transporte de gua atravs dos vegetais ou a Medicina, ao estudar a gua no corpo

humano, fariam parte da Hidrologia. Na prtica, a definio de Hidrologia :

Definio 2: A Hidrologia estuda as fases do ciclo hidrolgico, descrevendo seu passado,

tentando prever seu futuro.

2. CICLO HIDROLGICO

A gua diferencia-se dos demais recursos naturais pela notvel propriedade de renovar-se

continuamente, graas ao ciclo hidrolgico. Embora o movimento cclico da gua no tenha princpio

nem fim, costuma-se iniciar seu estudo descritivo pela evaporao da gua dos oceanos, seguida de

sua precipitao sobre a superfcie que, coletada pelos cursos d gua, retorna ao local de partida.



A descrio acima simplifica sobremaneira o processo que realmente ocorre (Figura 1.3), uma vez que

no esto computadas as eventuais interrupes que podem ocorrer em vrios estgios (Ex.

precipitao sobre o oceano) e a ntima dependncia das intensidade e freqncia do ciclo hidrolgico

com a geografia e o clima local.

Figura 1.3 Ciclo Hidrolgico. (Fonte: Dnaee)

Alguns tpicos podem ser destacados:

1. O sol constitui-se na fonte de energia para a realizao do ciclo. O calor por ele liberado

atua sobre a superfcie dos oceanos, rios e lagos estimulando a converso da gua do

estado lquido para gasoso.

2. A ascenso do vapor d gua conduz formao de nuvens, que podem se deslocar, sob a

a do vento, para regies continentais.

3. Sob

gra

(1) Quando a precifuso. o condies favorveis a gua condensada nas nuvens precipita (sob forma de neve,

nizo ou chuva)(1) podendo ser dispersada de vrias formas:

pitao se d sob forma de neve ou granizo, a reteno no solo mais demorada, at que ali se processe a



Reteno temporria ao solo prximo de onde caiu;

Escoamento sobre a superfcie do solo ou atravs do solo para os rios;

Penetrao no solo profundo.

4. Atingindo os veios d gua, a gua prossegue seu caminho de volta ao oceano,

completando o ciclo.

5. As depresses superficiais porventura existentes retm a gua precipitada

temporariamente. Essa gua poder retornar para compor fases seguintes do ciclo pela

evaporao e transpirao da plantas.

6. Os escoamentos superficial e subterrneo decorrem da ao da gravidade, podendo parte

desta gua ser evaporada ou infiltrada antes de atingir o curso d gua.

7. Atingindo os veios dgua, a gua prossegue seu caminho de volta ao oceano,

completando o ciclo.

8. A evaporao acompanha o ciclo hidrolgico em quase todas as suas fases, seja durante a

precipitao, seja durante o escoamento superficial.

Dotado de certa aleatoriedade temporal e espacial, o ciclo hidrolgico configura processos bem mais

complexos que os acima descritos. Uma vez que as etapas precedentes precipitao esto dentro do

escopo da meteorologia, compete ao hidrlogo conhecer principalmente as fases do ciclo que se

processam sobre a superfcie terrestre, quais sejam, precipitao, evaporao e transpirao,

escoamento superficial e escoamento subterrneo.

3. UM POUCO DA HISTRIA DA HIDROLOGIA

Os mais antigos trabalhos de drenagem e irrigao em larga escala so atribudos ao Fara Mens,

fundador da primeira dinastia egpcia, que barrou o rio Nilo prximo a Mnphis, com uma barragem

de 15m e extenso de aproximadamente 500 metros, para alimentar o canal de irrigao.

Tambm no Egito encontram-se os primeiros registros sistemticos de nveis de enchentes. Estes

registros datam de 3.500 a.C. e indicavam aos agricultores a poca oportuna de romper os diques para

inundar e fertilizar as terras agricultveis. Nota-se que, aos egpcios, pouco importava o estudo da

Hidrologia como cincia e sim. A sua utilizao.



Muitos conceitos errneos e falhas de compreenso atravessaram o desenvolvimento da engenharia

no seu sentido atual. Os gregos foram os primeiros filsofos que estudaram seriamente a Hidrologia,

com Aristteles sugerindo que os rios eram alimentados pelas chuvas. Sua maior dificuldade eram

explicar a origem da gua subterrnea. Somente na poca de Leonardo da Vinci (por volta de 1.500

d.C)a idia da alimentao dos rios pela precipitao comeou a ser aceita. No entanto, foi apenas no

ano de 1694 que Perrault, atravs de medidas pluviomtricas na bacia do rio Sena, demonstrou,

quantitativamente, que o volume precipitado ao longo do ano era suficiente para manter o volume

escoado.

O astrnomo ingls Halley, em 1693, provou que a evaporao da gua do mar era suficiente para

responder por todas as nascentes e fluxos dgua. Mariotte, 1em 1686, mediu a velocidade do rio

Sena. Estes primeiros conhecimentos de Hidrologia permitiram inmros avanos no Sculo XVIII,

incluindo o teorema de Bernoulli, o Tubo Pitot e a Frmula de Chzy, que formam a base da Hidrulica

e da Mecnica dos Fluidos.

Durante o Sculo XIX, foram feitos significantes avanos na teoria da gua subterrnea, incluindo a

Lei de Darcy. No que se refere Hidrologia de guas superficiais, muitas frmulas e instrumentos de

medio foram criados.

Chow (1954) chamou o perodo compreendido entre 1900 e 1930 ficou conhecido como o Perodo do

Empirismo. O perodo de 1930 a 1950 seria o Perodo da Racionalizao. Datam desta poca o

Hidrograma Unitrio de Sherman (1932) e a Teoria da Infiltrao de Horton (1933). Entre 1940 a 1950

foram feitos significantes avanos no entendimento do processo de evaporao. Em 1958, Gumbel

llana as bases da moderna hidrologia estocstica. A partir da dcada de 70, a Hidrologia passa a

contar com o avanos computacionais, o que levaram ao desenvolvimento de muitos modelos de

simulao

4. DISPONIBILIDADES HDRICAS MUNDIAIS

Segundo Lvovich (apud Raudikivi, 1979), a ordem de grandeza e a distribuio das disponibilidades

hdricas no mundo so as mostradas na Tabela 1.1.



Tabela 1.1 Distribuio das disponibilidades hdricas no mundo

Fonte

Superfcie (106 Km2)

Volume

(106 Km2)

% do Volume Total

Oceanos 360 1.370.323 93,93

guas Subterrneas - 64.000 4,39

Geleiras e Neve Perptua 16 24.000 1,65

Lagos - 230 0,016

Umidade do Solo - 75 0,005

gua na Atmosfera 510 14 0,001

Rios 1,2 0,0001

Total 1.458.643 100 Fonte: Raudikivi (1979)

Deste total, cerca de 94% de gua salgada e apenas 6%, de gua doce. Desconsiderando a

quantidade de gua doce sob forma de geleiras, guas subterrneas e umidade atmosfrica, nfimos

0,0161% do total da gua do Planeta esto disponveis em rios e lagos (Figura 1.4), os quais no se

encontram eqitativamente distribudos sobre todo o Planeta.

Figura 1.4 gua doce disponvel em lagos e rios

Para se dar uma pequena idia da m distribuio espacial da gua, cita-se o exemplo do Brasil, que

possui cerca de 12% das reservas hdricas superficiais do mundo, mas com aproximadamente 65%

destes recursos concentrados na Amaznia.



Questes a se pensar:

1. Por que se preocupar com as vrias fases do ciclo hidrolgico?

2. Se o estudo da Hidrologia no era importante h 30-40 anos atrs, por que o deveria

ser hoje?

3. Se essa quantidade de gua doce nunca foi motivo de grandes preocupaes, por que o

seria agora?

5. A GUA E O DESENVOLVIMENTO

A gua sempre desempenhou um papel fundamental na histria da humanidade. O surgimento das

cidades sempre se deu ao longo os rios. Entretanto, no se tinha a percepo da importncia da gua

como hoje, uma vez que sua qualidade e quantidade eram adequadas s necessidades da poca

abastecimento, diluio de dejetos, pesca, gerao de energia, entre outros. Como as fontes hdricas

no eram desenvolvidas no limite de sua possibilidades, havia pouco interesse em se obter dados e

conhecimento a respeito de suas capacidades mximas, e assim a Hidrologia, como cincia, pouco

se desenvolveu.

Hoje, o cenrio outro. Segundo a Organizao das Naes Unidas (ONU), o consumo mundial de

gua doce dobrou nos ltimos 50 anos e corresponde, atualmente, metade de todos os recursos

hdricos acessveis. Explorar tais recursos foi o motor do desenvolvimento econmico de muitos pases,

sobretudo na agricultura, abastecimento humano e animal, gerao de energia, indstria e transporte.

Porm a competio por gua entre tais setores vem degradando as fontes naturais, das quais o

mundo depende. O ciclo natural da gua tem sido interrompido ou alterado em regies muito

artificializadas, como as megacidades.

consenso geral que a gesto das guas uma necessidade. E assim, a Hidrologia ressurge, hoje,

como ferramenta indispensvel para tal fim, uma vez a cincia que trata do entendimento dos

processos naturais que do base aos projetos de suprimento de gua. S ela pode avaliar como e

quanto o ciclo hidrolgico pode ser modificado pelas atividades humanas.

No passado, j existiam estes sinais de desconhecimento da Hidrologia, mas os mesmos s afetavam

pequenas parcelas da populao e tinham pouca divulgao. Isto tem mudado significativamente nos

ltimos 30 anos. Hoje j se tem o entendimento que a prosperidade e a sobrevivncia da humanidade

funo da disponibilidade de gua doce e potvel e que, a cada ano nascem mais alguns milhes de

consumidores e no criada, sequer, uma gota dgua a mais no Planeta.



Os mltiplos usos e usurios disputando um mesmo litro de gua e a perspectiva de demandas

ainda maiores no futuro indicam que mais e mais profissionais e no somente o engenheiro

necessitam ter conhecimentos de Hidrologia. Somente assim os tomadores de deciso podero avaliar

as vantagens e desvantagens de cada alterao proposta no ciclo hidrolgico.

Exemplos da falta de conhecimentos de Hidrologia na sociedade moderna:

1. Construo nas plancies aluviais de rios

2. Reservatrios superdimensionados

3. Problemas de drenagem urbana

4. Construo e reservatrios pouco profundos em regies com altas taxas de evaporao

5. Perfurao de poos secos em regies cristalinas

6. Problemas de salinizao de solos em projetos de irrigao em regies ridas e semi-

ridas

Exemplo conc to 1: o Aude Cedro Ce

O Aude Cedro i construdo em 1906, no municpio de Quixad, Cear. Exemplo clssico de falta de

conhecimento

acumulao equ

desde sua cons

re

fohidrolgico, o reservatrio foi superdimensionado, construdo com capacidade de

ivalente a seis vezes seu volume afluente anual. Tendo sangrado pouqussimas vezes

truo, a Figura 1.5 mostra uma das ocasies em que esvaziou totalmente, em 2001.

Figura 1.5 - Aude Cedro Ce (vazio em novembro de 2001)



Exemplo concreto 2: Inundao em Fortaleza, Ce

A Figura 1.6 mostra um problema de drenagem urbana caractersticos das grandes cidades, no caso,

Fortaleza, Ce.

Figura 1.6--Enchente em Fortaleza, Ce em 1997

6. APLICAES DA HIDROLOGIA ENGENHARIA

A Hidrologia no uma cincia pura, uma vez que o objeto de estudo usualmente dirigido para

aplicaes prticas, sendo assim, o termo Hidrologia Aplicada freqentemente utilizado. Eis

algumas das aplicaes da hidrologia:

Escolha de fontes de abastecimento de gua

Subterrnea - locao do poo e capacidade de bombeamento

Sup rficial locao da barragem, estimativa da vazo afluente e da vazo a ser reg

Drenag

Drenag

Irrigae

ularizada, dimensionamento do reservatrio e do sangradouro

em urbana dimensionamento de bueiros

em de rodovias dimensionamento de pontes e pontilhes

o fonte de abastecimento, estimativa da evapotranspirao da cultura



Controle de enchentes dragagem do leito do rio, construo de reservatrios de controle

de cheias

Exemplo concreto 1: cheias e secas no rio Capibaribe

A Bacia do rio Capibaribe, Pernambuco, tem sua histria intimamente ligada a episdios de cheias

catastrficas, notadamente na Regio Metropolitana de Recife. Entretanto, nos ltimos anos, a cidade

vem sendo atingida por uma grave crise no abastecimento dgua, sendo obrigatrio o uso extensivo

de carros-pipa. Os quatro maiores audes da bacia Jucazinho, Carpina, Goit e Tapacur,

representam cerca de 91% do total acumulado nos audes mais importantes da bacia e so utilizados

tanto para controle de cheias como para o abastecimento. A operao de reservatrios com mltiplas

finalidades feita tradicionalmente com a diviso do volume total armazenvel em zonas para o

atendimento de seus diferentes objetivos. Na prtica, a diviso consiste em se alocar volumes de

reserva para as respectivas finalidades. Objetivos diametralmente conflitantes, como controle de

cheias que requer que a parte do volume destinada a este fim permanea seca para que a cheia

possa assim ser contida e conservao que precisa que a gua seja efetivamente armazenada

para usos futuros em irrigao e abastecimento municipal e industrial no so fceis de conciliar.

As figuras 1.7 e 1.8 mostram, respectivamente, um esquema da bacia hidrogrfica do rio Capibaribe

com seus barramentos construdos ao longo de seu leito, e Recife em um episdio de inundao.

Figura 1.7 -- Bacia hidrogrfica do rio Capibaribe (Pe) e seus barramentos



Figura 1.6--Enchente em Recife, Pe

7. RELAO DA HIDROLOGIA COM OUTRAS CINCIAS

Devido a natureza complexa do ciclo hidrolgico e suas relaes com os padres climticos, tipos de

solos, topografia e geologia, as fronteiras entre a hidrologia e as outras cincias da terra, tais como

meteorologia, geologia, ecologia e oceanografia no so muito distintas. Na realidade, tais cincias

tambm podem ser consideradas ramos da hidrologia:

Meteorologia e Hidrometeorologia estudo da gua atmosfrica.

Oceanografia estudo dos oceanos.

Hidrografia estudo das guas superficiais.

Potamologia estudo dos rios.

Limnologia estudo dos lagos e reservatrios.

Hidrogeologia estudo das guas subterrneas.

Sendo assim, poucos problemas hidrolgicos podem ficar limitados a apenas um desses ramos.

Freqentemente, devido a grande inter-relaes do fenmeno, a soluo do problema s pode ser

dada atravs de uma discusso interdisciplinar com profissionais de um ou mais desses ramos. Muitas

outras cincias podem ainda ser utilizadas na Hidrologia, tais como fsica, qumica, geologia, geografia,

mecnica dos fluidos, estatstica, economia, computao, direito, etc.


appt a CC tuulloo

22 Bacia Hidrogrfica

1. GENERALIDADES

O ciclo hidrolgico, se considerado de maneira global, pode ser visto como um sistema hidrolgico

fechado, uma vez que a quantidade total da gua existente em nosso planeta constante. Entretanto,

comum o estudo, pelos hidrlogos, de subsistemas abertos. A bacia hidrogrfica destaca-se como regio

de efetiva importncia prtica devido a simplicidade de que oferece na aplicao do balano hdrico.

2. DEFINIO

Segundo Viessman, Harbaugh e Knapp (1972), bacia hidrogrfica uma rea definida

topograficamente, drenada por um curso d gua ou um sistema conectado de cursos d gua, dispondo

de uma simples sada para que toda vazo efluente seja descarregada.

3. DIVISORES

O primeiro passo a ser seguido na caracterizao de uma bacia , exatamente, a delimitao de

seu contorno, ou seja, a linha de separao que divide as precipitaes em bacias vizinhas,

encaminhando o escoamento superficial para um ou outro sistema fluvial.

So 3 os divisores de uma bacia:

Geolgico

Fretico

Topogrfico

Dadas as dificuldades de se efetivar o traado limitante com base nas formaes rochosas (os

estratos no seguem um comportamento sistemtico e a gua precipitada pode escoar antes de infiltrar)

e no nvel fretico (devido as alteraes ao longo das estaes do ano), o que se faz na prtica limitar a

bacia a partir de curvas de nvel, tomando pontos de cotas mais elevadas para comporem a linha da

diviso topogrfica.

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17

Cap. 2 Bacia Hidrogrfica

1. GENERALIDADES

O ciclo hidrolgico, se considerado de maneira global, pode ser visto como um sistema hidrolgico fechado, uma vez que a quantidade total da gua existente em nosso planeta constante. Entretanto, comum o estudo, pelos hidrlogos, de subsistemas abertos. A bacia hidrogrfica destaca-se como regio de efetiva importncia prtica devido a simplicidade de que oferece na aplicao do balano hdrico.

2. DEFINIO

Segundo Viessman, Harbaugh e Knapp (1972), bacia hidrogrfica uma rea definida topograficamente, drenada por um curso d gua ou um sistema conectado de cursos d gua, dispondo de uma simples sada para que toda vazo efluente seja descarregada.

3. DIVISORES

O primeiro passo a ser seguido na caracterizao de uma bacia , exatamente, a delimitao de seu contorno, ou seja, a linha de separao que divide as precipitaes em bacias vizinhas, encaminhando o escoamento superficial para um ou outro sistema fluvial.

So 3 os divisores de uma bacia:

Geolgico

Fretico

Topogrfico

Dadas as dificuldades de se efetivar o traado limitante com base nas formaes rochosas (os estratos no seguem um comportamento sistemtico e a gua precipitada pode escoar antes de infiltrar) e no nvel fretico (devido as alteraes ao longo das estaes do ano), o que se faz na prtica limitar a bacia a partir de curvas de nvel, tomando pontos de cotas mais elevadas para comporem a linha da diviso topogrfica.

Figura 2.1 Corte transversal de uma bacia (Fonte: VILLELA, 1975)

4. CARACTERSTICAS FSICAS DE UMA BACIA HIDROGRFICA

As caractersticas fsicas de uma bacia compem 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 municpio do Crato, Cear.

4.1. REA DE DRENAGEM

A rea de uma bacia a rea plana inclusa entre seus divisores topogrficos. obtida com a utilizao de um planmetro.

A bacia do Riacho do Faustino tem uma rea de 26,4 Km2.

Figura 2.2 Bacia hidrogrfica do Riacho do Faustino (Crato-Cear)

4.2. FORMA DA BACIA

Aps ter seu contorno definido, a bacia hidrogrfica apresenta um formato. evidente que este formato tem uma influncia sobre o escoamento global; este efeito pode ser melhor demonstrado atravs da apresentao de 3 bacias de formatos diferentes, porm de mesma rea e sujeitas a uma precipitao de mesma intensidade. Dividindo-as em segmentos concntricos, dentro dos quais todos os pontos se encontram a uma mesma distncia do ponto de controle, a bacia de formato A levar 10 unidades de tempo (digamos horas) para que todos os pontos da bacia tenham contribudo para a descarga (tempo de concentrao). A bacia de formato B precisar de 5 horas e a C, de 8,5 horas. Assim a gua ser fornecida ao rio principal mais rapidamente na bacia B, depois em C e A, nesta ordem.

Figura 2.3 O efeito da forma da bacia hidrogrfica (Fonte: WILSON, 1969)

Exprimir satisfatoriamente a forma de uma bacia hidrogrfica por meio de ndice numrico no tarefa fcil. Apesar disto Gravelius props dois ndices:

4.2.1. COEFICIENTE DE COMPACIDADE (KC)

a relao entre os permetros da bacia e de um crculo de rea igual a da bacia:

com

Substituindo, temos:

onde P e A so, respectivamente, o permetro (medido com o curvmetro e expresso em Km) e a rea da bacia (medida com o planmetro, expressa em Km2). Um coeficiente mnimo igual a 1 corresponderia bacia circular; portanto, inexistindo outros fatores, quanto maior o Kc menos propensa enchente a bacia.

4.2.2. FATOR DE FORMA (Kf)

a relao entre a largura mdia da bacia (

) e o comprimento axial do curso d gua (L). O comprimento L medido seguindo-se o curso d gua mais longo desde a cabeceira mais distante da bacia at a desembocadura. A largura mdia obtida pela diviso da rea da bacia pelo comprimento da bacia.

mas

ento,

Este ndice tambm indica a maior ou menor tendncia para enchentes de uma bacia. Uma bacia com Kf baixo, ou seja, com o L grande, ter menor propenso a enchentes que outra com mesma rea, mas Kf maior. Isto se deve a fato de que, numa bacia estreita e longa (Kf baixo), haver menor possibilidade de ocorrncia de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a sua extenso.

A bacia do Riacho do Faustino apresenta os seguintes dados:

A = 26,4 km2 = 26.413.000 m2

L = 10.500 m

P = 25.900 m

Assim,

4.3. SISTEMA DE DRENAGEM

O sistema de drenagem de uma bacia constitudo pelo rio principal e seus efluentes; o padro de seu sistema de drenagem tem um efeito marcante na taxa do runoff. Uma bacia bem drenada tem menor tempo de concentrao, ou seja, o escoamento superficial concentra-se mais rapidamente e os picos de enchente so altos.

As caractersticas de uma rede de drenagem podem ser razoavelmente descritos pela ordem dos cursos d gua, densidade de drenagem, extenso mdia do escoamento superficial e sinuosidade do curso d gua.

4.3.1. ORDEM DOS CURSOS D GUA

A ordem dos rios uma classificao que reflete o grau de ramificao dentro de uma bacia. O critrio descrito a seguir foi introduzido por Horton e modificado por Strahler:

Designam-se todos os afluentes que no se ramificam (podendo desembocar no rio principal ou em seus ramos) como sendo de primeira ordem. Os cursos d gua que somente recebem afluentes que no se subdividem so de segunda ordem. Os de terceira ordem so formados pela reunio de dois cursos d gua de segunda ordem, e assim por diante.

Figura 2.4 Ordem dos cursos d gua na bacia do Riacho do Faustino.

A ordem do rio principal mostra a extenso da ramificao da bacia.

4.3.2. DENSIDADE DE DRENAGEM

A densidade de drenagem expressa pelo comprimento total de todos os cursos d gua de uma bacia (sejam eles efmeros, intermitentes ou perenes) e sua rea total.

Para a Bacia do Riacho do Faustino:

4.3.3. EXTENSO MDIA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL (

)

Este parmetro indica a distncia mdia que a gua de chuva teria que escoar sobre os terrenos da bacia (EM LINHA RETA) do ponto onde ocorreu sua queda at o curso d gua mais prximo. Ele d uma idia da distncia mdia do escoamento superficial.

A bacia em estudo transformada em retngulo de mesma rea, onde o lado maior a soma dos comprimentos dos rios da bacia (L =

).

Figura 2.5 Extenso mdia do escoamento superficial (Fonte: VILLELA, 1975)

4.

x L = A assim,

=


= 0,165 km

4.3.4. SINUOSIDADE DO CURSO D GUA (SIN)

a relao entre o comprimento do rio principal (L) e o comprimento do talvegue (Lt)

Sin =

Figura 2.6 Comprimento do rio principal (L) e comprimento do talveque (Lt)


L = 10.500 m

Lt = 8.540 m

Sin =

Sin = 1,23

Obs.: Lt (comprimento do talvegue a medida em LINHA RETA entre os pontos inicial e final do curso d gua principal).

4.4. RELEVO DA BACIA

4.4.1. DECLIVIDADE MDIA DA BACIA

A declividade dos terrenos de uma bacia controla em boa parte a velocidade com que se d o escoamento superficial (VILLELA, 1975). Quanto mais ngreme for o terreno, mais rpido ser o escoamento superficial, o tempo de concentrao ser menor e os picos de enchentes maiores.

A declividade da bacia pode ser determinada atravs do Mtodo das Quadrculas. Este mtodo consiste em lanar sobre o mapa topogrfico da bacia, um papel transparente sobre o qual est traada uma malha quadriculada, com os pontos de interseo assinalados. A cada um desses pontos associa-se um vetor perpendicular curva de nvel mais prxima (orientado no sentido do escoamento). As declividades em cada vrtice so obtidas, medindo-se na planta, as menores distncias entre curvas de nveis subsequentes; a declividade o quociente entre a diferena da cota e a distncia medida em planta entre as curvas de nvel.

Figura 2.7 Mtodo das quadrculas

Figura 2.8 Declividade mdia da bacia do Riacho do Faustino.

Aps a determinao da declividade dos vetores, constroi-se uma tabela de distribuio de freqncias, tomando-se uma amplitude para as classes.

Tabela 2.1 Declividade mdia da bacia do Riacho do Faustino

CLASSES

Fi

fi (%)

fi acum (%)

Ponto Mdio da Classe

2 X 5

0,0000 I( 0,0500

16

29,63

100,00

0,0250

0,400

0,0500 I( 0,1000

12

22,22

70,37

0,0750

0,900

0,1000 I( 0,1500

13

24,07

48,15

0,1250

1,625

0,1500 I( 0,2000

4

7,42

24,08

0,1750

0,700

0,2000 I( 0,2500

0

0,00

16,66

0,2250

0,000

0,2500 I( 0,3000

7

12,96

3,70

0,2750

1,925

0,3000 I( 0,3500

0

0,00

3,70

0,3250

0,000

0,3500 I( 0,4000

0

0,00

3,70

0,3750

0,000

0,4000 I( 0,4500

0

0,00

3,70

0,4250

0,000

0,4500 I( 0,5000

0

0,00

3,70

0,4750

0,000

0,5000 I( 0,5500

0

0,00

3,70

0,5250

0,000

0,5500 I( 0,6000

2

3,70

3,70

0,5750

1,150

( 54

6,700

Declividade mdia da bacia =

A distribuio de freqncias pode ainda ser plotada no grfico declividade x freqncia acumulada (curva de distribuio de declividade). Diferentes bacias podem ser plotadas num mesmo grfico para fins de comparao; curvas mais ngremas indicam um escoamento mais rpido.

Figura 2.9 Declividade de duas bacias (Fonte: WILSON, 1969)

4.4.2. ORIENTAO DA BACIA

A orientao da bacia importante no que diz respeito a ventos prevalecentes e ao padro de deslocamento de tempestades. O mtodo da quadrculas tambm utilizado, pela determinao do ngulo ( formado pelo vetor conforme diagrama abaixo:

Figura 2.10 Base para medio dos ngulos.

A amplitude das classes consideradas no agrupamento de vetores foi de 22,5o . Feita a distribuio de freqncia, lanamo-la no diagrama Rosa dos Ventos.

Tabela 2.2 Orientao da bacia do Riacho do Faustino

Classes de ngulos

fi

fr(%)

0o 22,5o

1

1,85

22,5o 45o

3

5,56

45o 67,5o

2

3,70

67,5o 90o

5

9,26

90o 112,5o

3

5,56

112,5o 135o

3

5,56

135o 157,5o

2

3,70

157,5o 180o

2

3,70

180o 202,5o

2

3,70

202,5o 225o

5

9,26

225o 247,5o

10

18,50

247,5o 270o

5

9,26

270o 292,5o

4

7,41

292,5o 315o

5

9,26

315o 337,5o

2

3,70

337,5o 360o

0

0,00

54

247,50o 270o 292,50o

225o 315o

202,50o 337,50o

180o

0o

20o

157,50o 22,50o

135o 45o

112,50o 67,50o

90o

Figura 2.11 Rosa dos ventos (a partir da tabela 2.1).

4.4.3. CURVA HIPSOMTRICA

Representa o estudo da variao da elevao dos vrios terrenos da bacia com referncia ao nvel do mar. Esta curva traada lanando-se em sistema cartesiano a cota versus o percentual da rea de drenagem com cota superior; para isto deve-se fazer a leitura planimtrica parceladamente. Os dados foram dispostos em quadro de distribuio de freqncia.

Tabela 2.3 Distribuio de freqncia (bacia do Riacho do Faustino).

Cotas (m)

Ponto Mdio (m)

rea

(Km2)

rea Acumulada (km2)

%

%

Acumulada

2 x 3

680 640

660

0,0466

0,466

0,17

0,17

30,76

640 600

620

0,1866

0,2332

0,71

0,88

115,69

600 560

580

0,3533

1,5865

5,12

6,00

784,91

560 520

540

2,6600

4,2465

10,07

16,07

1.436,40

520 480

500

5,3666

9,6131

20,32

36,39

2.683,30

480 440

460

6,5333

16,1464

24,74

61,13

3.005,32

440 400

420

7,0933

23,2397

26,86

87,99

2.979,19

400 360

380

2,800

26,0397

10,60

98,59

1.064,00

360 320

340

0,3733

26,4130

1,41

100,00

126,92

26,4130

12.226,49

Figura 2.12 Curva hipsomtrica

4.4.4. ELEVAO MDIA DA BACIA

A elevao mdia da bacia obtida atravs do produto do ponto mdio entre duas curvas de nvel e a rea compreendida entre elas, (coluna 7 da Tabela 2.3), dividido pela rea total.

4.4.5. RETNGULO EQUIVALENTE

Consiste de um retngulo de mesma rea e mesmo permetro que a bacia, onde se dispem curvas de nvel paralelas ao menor lado, de tal forma que mantenha sua hipsometria natural. O retngulo equivalente permite interferncias semelhantes s da curva hipsomtrica.

Seja:

P = permetro da bacia

A = rea da bacia

L = lado maior do retngulo equivalente

= lado menor do retngulo equivalente

Kc = coeficiente de compacidade da bacia

A = L x

P = 2

Dado Kc, utiliza-se o baco ao lado e determina-se o valor de

Figura 2. 13 baco

(Fonte: VILLELA, 1975)

Para a Bacia do Riacho do Faustino, tem-se:

Com A = 26,4 Km3 ( L = 10,4 Km.

Mas,

Figura 2.14 Retngulo equivalente

Para determinar a distncia entre as curvas de nvel no retngulo equivalente, usou-se os clculos da Tabela 2.3. dividida por 2,5.

Tabela 2.4 Clculo da distncia entre curvas de nvel

Cotas (m)

Frao de rea Acumulada

Comprimentos Acumulados (Km)

680 640

0,17

0,0184

640 600

0,88

0,0918

620 560

6,00

0,6249

580 520

16,07

1,6725

540 480

36,39

3,7862

500 440

61,13

6,3594

460 400

87,99

9,1531

420 360

98,59

10,2559

380 320

100,00

10,4030

4.4.6. DECLIVIDADE DO LVEO

A velocidade de escoamento de um rio depende da declividade dos canais fluviais; quanto maior a declividade, maior ser a velocidade de escoamento.

A declividade do lveo pode ser obtido de trs maneiras, cada uma com diferente grau de representatividade.

S1 : linha com declividade obtida tomando a diferena total de elevao do leito pela extenso horizontal do curso d gua.

S2 : linha com declividade obtida por compensao de reas, de forma que a rea entre ela e a abscissa seja igual compreendida entre a curva do perfil e a abscissa.

S3 : linha obtida a partir da considerao do tempo de percurso; a mdia harmnica ponderada da raiz quadrada das declividades dos diversos trechos retilneos, tomando-se como peso a extenso de cada trecho.

Tabela 2.5 Clculo da declividade do lveo.

Cota

Distncia (m)

Distncia Acumulada

(na horizontal)

(km)

Declividade

por segmento

Dist. Real

(na linha inclinada)

(km)

Colunas

6 / 5

354,67

-

-

-

-

-

-

360

840

0,84

0,00635

0,07969

0,84006

10,5416

400

6.300

7,14

0,00635

0,07969

6,30013

79,0579

440

2.100

9,24

0,01905

0,13802

2,10038

15,2179

464

1.260

10,5

0,01905

0,13802

1,26025

9,1309

10,50082

113,9483

___ perfil longitudinal do curso d gua principal

Figura 2.15 Declividade do lveo

EMBED PBrush

EMBED PBrush

Bacia Hidrogrfica

Captulo

2

Hidrologia Aplicada

EMBED PBrush

EMBED PBrush

10

_1041184173.unknown

_1043607860.unknown

_1083573303.unknown

_1083573333.unknown

_1088926957.unknown

_1083573341.unknown

_1043608212.unknown

_1044125809.unknown

_1044126103.unknown

_1043610531.unknown

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_1041365256.unknown

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_1043606563.unknown

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_1041357194.unknown

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_1041180406.unknown

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_1041180364.unknown

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_1041179833.unknown

_1041179881.unknown

_1041165443.unknown

_1041164781.unknown

_1041164941.unknown

_1041164739.unknown

??Karine??Bacia Hidrogr?fica_2002.doc

Cap. 2 Bacia Hidrogrfica 2

Figura 2.1 Corte transversal de uma bacia (Fonte: VILLELA, 1975)

4. CARACTERSTICAS FSICAS DE UMA BACIA HIDROGRFICA

As caractersticas fsicas de uma bacia compem 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 municpio do

Crato, Cear.

4.1. REA DE DRENAGEM

A rea de uma bacia a rea plana inclusa entre seus divisores topogrficos. obtida com a

utilizao de um planmetro.

A bacia do Riacho do Faustino tem uma rea de 26,4 Km2.


Figura 2.2 Bacia hidrogrfica do Riacho do Faustino (Crato-Cear)

4.2. FORMA DA BACIA

Aps ter seu contorno definido, a bacia hidrogrfica apresenta um formato. evidente que este

formato tem uma influncia sobre o escoamento global; este efeito pode ser melhor demonstrado atravs

da apresentao de 3 bacias de formatos diferentes, porm de mesma rea e sujeitas a uma precipitao

de mesma intensidade. Dividindo-as em segmentos concntricos, dentro dos quais todos os pontos se

encontram a uma mesma distncia do ponto de controle, a bacia de formato A levar 10 unidades de

tempo (digamos horas) para que todos os pontos da bacia tenham contribudo para a descarga (tempo de

concentrao). A bacia de formato B precisar de 5 horas e a C, de 8,5 horas. Assim a gua ser

fornecida ao rio principal mais rapidamente na bacia B, depois em C e A, nesta ordem.


Figura 2.3 O efeito da forma da bacia hidrogrfica (Fonte: WILSON, 1969)

Exprimir satisfatoriamente a forma de uma bacia hidrogrfica por meio de ndice numrico no

tarefa fcil. Apesar disto Gravelius props dois ndices:

4.2.1. COEFICIENTE DE COMPACIDADE (KC)

a relao entre os permetros da bacia e de um crculo de rea igual a da bacia:

r 2P

Kc = com ==

Ar

Ar 2

Substituindo, temos:

=

A 2

PKc

A P

0,28 Kc =

onde P e A so, respectivamente, o permetro (medido com o curvmetro e expresso em Km) e a rea da

bacia (medida com o planmetro, expressa em Km2). Um coeficiente mnimo igual a 1 corresponderia

bacia circular; portanto, inexistindo outros fatores, quanto maior o Kc menos propensa enchente a

bacia.

4.2.2. FATOR DE FORMA (Kf)

a r ao entre a largura mdia da bacia (L ) e o comprimento axial do curso d gua (L). O

compriment

elo L medido seguindo-se o curso d gua mais longo desde a cabeceira mais distante da


bacia at a desembocadura. A largura mdia obtida pela diviso da rea da bacia pelo comprimento da

bacia.

,LL

Kf = mas LA

L =

ento,

2f LA

K =

Este ndice tambm indica a maior ou menor tendncia para enchentes de uma bacia. Uma bacia

com Kf baixo, ou seja, com o L grande, ter menor propenso a enchentes que outra com mesma rea,

mas Kf maior. Isto se deve a fato de que, numa bacia estreita e longa (Kf baixo), haver menor

possibilidade de ocorrncia de chuvas intensas cobrindo simultaneamente toda a sua extenso.

A bacia do Riacho do Faustino apresenta os seguintes dados:

A = 26,4 km2 = 26.413.000 m2

L = 10.500 m

P = 25.900 m

Assim,

41,126.413.000

25.900 28,0

A

P 28,0Kc ===

41,1Kc =

24,0)500.10(

000.413.26LA

K22f

===

24,0Kf =

4.3. SISTEMA DE DRENAGEM

O sistema de drenagem de uma bacia constitudo pelo rio principal e seus efluentes; o padro de

seu sistema de drenagem tem um efeito marcante na taxa do runoff. Uma bacia bem drenada tem

menor tempo de concentrao, ou seja, o escoamento superficial concentra-se mais rapidamente e os

picos de enchente so altos.


As caractersticas de uma rede de drenagem podem ser razoavelmente descritos pela ordem dos

cursos d gua, densidade de drenagem, extenso mdia do escoamento superficial e sinuosidade do

curso d gua.

4.3.1. ORDEM DOS CURSOS D GUA

A ordem dos rios uma classificao que reflete o grau de ramificao dentro de uma bacia. O

critrio descrito a seguir foi introduzido por Horton e modificado por Strahler:

Designam-se todos os afluentes que no se ramificam (podendo desembocar no rio principal ou

em seus ramos) como sendo de primeira ordem. Os cursos d gua que somente recebem afluentes que

no se subdividem so de segunda ordem. Os de terceira ordem so formados pela reunio de dois

cursos d gua de segunda ordem, e assim por diante.

Figura 2.4 Ordem dos cursos d gua na bacia do Riacho do Faustino.

A ordem do rio principal mostra a extenso da ramificao da bacia.

4.3.2. DENSIDADE DE DRENAGEM

A densidade de drenagem expressa pelo comprimento total de todos os cursos d gua de uma

bacia (sejam eles efmeros, intermitentes ou perenes) e sua rea total.

AD 1d

= l



2d

1

m/m 001511,0000.413.26

900.39D

m 900.39

=== l

4.3.3. EXTENSO MDIA DO ESCOAMENTO SUPERFICIAL ( l )

Este parmetro indica a distncia mdia que a gua de chuva teria que escoar sobre os terrenos da

bacia (EM LINHA RETA) do ponto onde ocorreu sua queda at o curso d gua mais prximo. Ele d uma

idia da distncia mdia do escoamento superficial.

A bacia em estudo transformada em retngulo de mesma rea, onde o lado maior a soma dos

comprimentos dos rios da bacia (L = il ).

Figura 2.5 Extenso mdia do escoamento superficial (Fonte: VILLELA, 1975)

4. x L = A assim, l = lL 4

A


mx

5,16539.900 4

000.413.26 ==l

l = 0,165 km

4.3.4. SINUOSIDADE DO CURSO D GUA (SIN)

a relao entre o comprimento do rio principal (L) e o comprimento do talvegue (Lt)

Sin = tL

L

Cap. 2 Bacia Hidrogrfica

8

Figura 2.6 Comprimento do rio principal (L) e comprimento do talveque (Lt)


L = 10.500 m

Lt = 8.540 m

Sin = 23,1540.8500.10 =

Sin = 1,23

Obs.: Lt (comprimento do talvegue a medida em LINHA RETA entre os pontos inicial e final do

curso d gua principal).

4.4. RELEVO DA BACIA

4.4.1. DECLIVIDADE MDIA DA BACIA

A declividade dos terrenos de uma bacia controla em boa parte a velocidade com que se d o

escoamento superficial (VILLELA, 1975). Quanto mais ngreme for o terreno, mais rpido ser o

escoamento superficial, o tempo de concentrao ser menor e os picos de enchentes maiores.

A declividade da bacia pode ser determinada atravs do Mtodo das Quadrculas. Este mtodo

consiste em lanar sobre o mapa topogrfico da bacia, um papel transparente sobre o qual est traada


uma malha quadriculada, com os pontos de interseo assinalados. A cada um desses pontos associa-se

um vetor perpendicular curva de nvel mais prxima (orientado no sentido do escoamento). As

declividades em cada vrtice so obtidas, medindo-se na planta, as menores distncias entre curvas de

nveis subsequentes; a declividade o quociente entre a diferena da cota e a distncia medida em planta

entre as curvas de nvel.

Figura 2.7 Mtodo das quadrculas

Figura 2.8 Declivid

ade mdia da bacia do Riacho do Faustino.


Aps a determinao da declividade dos vetores, constroi-se uma tabela de distribuio de

freqncias, tomando-se uma amplitude para as classes.

Tabela 2.1 Declividade mdia da bacia do Riacho do Faustino

CLASSES

Fi

fi (%)

fi acum (%)

Ponto Mdio da Classe

2 X 5

0,0000 I 0,0500 16 29,63 100,00 0,0250 0,400 0,0500 I 0,1000 12 22,22 70,37 0,0750 0,900 0,1000 I 0,1500 13 24,07 48,15 0,1250 1,625 0,1500 I 0,2000 4 7,42 24,08 0,1750 0,700 0,2000 I 0,2500 0 0,00 16,66 0,2250 0,000 0,2500 I 0,3000 7 12,96 3,70 0,2750 1,925 0,3000 I 0,3500 0 0,00 3,70 0,3250 0,000 0,3500 I 0,4000 0 0,00 3,70 0,3750 0,000 0,4000 I 0,4500 0 0,00 3,70 0,4250 0,000 0,4500 I 0,5000 0 0,00 3,70 0,4750 0,000 0,5000 I 0,5500 0 0,00 3,70 0,5250 0,000 0,5500 I 0,6000 2 3,70 3,70 0,5750 1,150

54 6,700

Declividade mdia da bacia = 12,41% ou m/m 1241,054700,6

A distribuio de freqncias pode ainda ser plotada no grfico declividade x freqncia acumulada

(curva de distribuio de declividade). Diferentes bacias podem ser plotadas num mesmo grfico para fins

de comparao; curvas mais ngremas indicam um escoamento mais rpido.

Figura 2.9 Declividade de duas bacias (Fonte: WILSON, 1969)


4.4.2. ORIENTAO DA BACIA

A orientao da bacia importante no que diz respeito a ventos prevalecentes e ao padro de

deslocamento de tempestades. O mtodo da quadrculas tambm utilizado, pela determinao do

ngulo formado pelo vetor conforme diagrama abaixo:

Figura 2.10 Base para medio dos ngulos.

A amplitude das classes consideradas no agrupamento de vetores foi de 22,5o . Feita a distribuio

de freqncia, lanamo-la no diagrama Rosa dos Ventos.

Tabela 2.2 Orientao da bacia do Riacho do Faustino

Classes de ngulos fi fr(%)

0o 22,5o 1 1,85

22,5o 45o 3 5,56

45o 67,5o 2 3,70

67,5o 90o 5 9,26

90o 112,5o 3 5,56

112,5o 135o 3 5,56

135o 157,5o 2 3,70

157,5o 180o 2 3,70

180o 202,5o 2 3,70

202 o 225o 5 9,26

2

24

2

29

3

33

,525o 247,5o 10 18,50

7,5o 270o 5 9,26

70o 292,5o 4 7,41

2,5o 315o 5 9,26

15o 337,5o 2 3,70

7,5o 360o 0 0,00

54


247,50o 270o 292,50o

225o 315o

202,50o 337,50o

180o

0o

20o

157,50o 22,50o

135o 45o

112,50o 67,50o

90o

Figura 2.11 Rosa dos ventos (a partir da tabela 2.1).

4.4.3. CURVA HIPSOMTRICA

Representa o estudo da variao da elevao dos vrios terrenos da bacia com referncia ao nvel

do mar. Esta curva traada lanando-se em sistema cartesiano a cota versus o percentual da rea de

drenagem com cota superior; para isto deve-se fazer a leitura planimtrica parceladamente. Os dados

foram dispostos em quadro de distribuio de freqncia.


Tabela 2.3 Distribuio de freqncia (bacia do Riacho do Faustino).

Cotas (m) Ponto Mdio (m)

rea (Km2)

rea Acumulada (km2)

% % Acumulada

2 x 3

680 640 660 0,0466 0,466 0,17 0,17 30,76

640 600 620 0,1866 0,2332 0,71 0,88 115,69

600 560 580 0,3533 1,5865 5,12 6,00 784,91

560 520 540 2,6600 4,2465 10,07 16,07 1.436,40

520 480 500 5,3666 9,6131 20,32 36,39 2.683,30

480 440 460 6,5333 16,1464 24,74 61,13 3.005,32

440 400 420 7,0933 23,2397 26,86 87,99 2.979,19

400 360 380 2,800 26,0397 10,60 98,59 1.064,00

360 320 340 0,3733 26,4130 1,41 100,00 126,92

26,4130 12.226,49

Figura 2.12 Curva hipsomtrica

4.4.4. ELEVAO MDIA DA BACIA

A elevao mdia da bacia obtida atravs do produto do ponto mdio entre duas curvas de nvel

e a rea compreendida entre elas, (coluna 7 da Tabela 2.3), dividido pela rea total.

AP

E m= iA x


9,462413,26

49,226.12 ==E

mE 9,462=

4.4.5. RETNGULO EQUIVALENTE

Consiste de um retngulo de mesma rea e mesmo permetro que a bacia, onde se dispem curvas

de nvel paralelas ao menor lado, de tal forma que mantenha sua hipsometria natural. O retngulo

equivalente permite interferncias semelhantes s da curva hipsomtrica.

Seja:

P = permetro da bacia

A = rea da bacia

L = lado maior do retngulo

l = lado menor do retngulo Kc = coeficiente de compacida

A = L x lP = 2 ( )L +lDado Kc, utiliza-se o baco ao

Figura 2. 13

equivalente

equivalente

de da bacia

lado e determina-se o valor de AL

baco cK x A

L (Fonte: VILLELA, 1975)


Para a Bacia do Riacho do Faustino, tem-se:

02,2A

L41.1Kc ==

Com A = 26,4 Km3 L = 10,4 Km.

Mas,

( )

Km 9,25P

L2P

L 2P

=

=

+=

l

l

Km 5,2=l

Figura 2.14 Retngulo equivalente

Para determinar a distncia entre as curvas de nvel no retngulo equivalente, usou-se os clculos

da Tabela 2.3. dividida por 2,5.


Tabela 2.4 Clculo da distncia entre curvas de nvel

Cotas (m) Frao de rea Acumulada

Comprimentos Acumulados (Km)

680 640 0,17 0,0184

640 600 0,88 0,0918

620 560 6,00 0,6249

580 520 16,07 1,6725

540 480 36,39 3,7862

500 440 61,13 6,3594

460 400 87,99 9,1531

420 360 98,59 10,2559

380 320 100,00 10,4030

4.4.6. DECLIVIDADE DO LVEO

A velocidade de escoamento de um rio depende da declividade dos canais fluviais; quanto maior a

declividade, maior ser a velocidade de escoamento.

A declividade do lveo pode ser obtido de trs maneiras, cada uma com diferente grau de

representatividade.

S1 : linha com declividade obtida tomando a diferena total de elevao do leito pela extenso

horizontal do curso d gua.

S2 : linha com declividade obtida por compensao de reas, de forma que a rea entre ela e a

abscissa seja igual compreendida entre a curva do perfil e a abscissa.

S3 : linha obtida a partir da considerao do tempo de percurso; a mdia harmnica ponderada

da raiz quadrada das declividades dos diversos trechos retilneos, tomando-se como peso a

extenso de cada trecho.

Tabela 2.5 Clculo da declividade do lveo.

Cota

Distncia

(m)

Distncia Acumulada

(na horizontal) (km)

Declividade

por segmento

d

Dist. Real

(na linha inclinada) (km)

Colunas

6 / 5

354,67 - - - - - -

360 840 0,84 0,00635 0,07969 0,84006 10,5416

400 6.300 7,14 0,00635 0,07969 6,30013 79,0579

440 2.100 9,24 0,01905 0,13802 2,10038 15,2179

464 1.260 10,5 0,01905 0,13802 1,26025 9,1309

10,50082 113,9483


m/m 0,0085 00849,09483,113

50082,10

DL

LS

m/m 08,0500.1021,80

500.10hS

m/m 0104,0500.10

67,354464S

2

i

i

i3

2

1

=

=

=

===

==

___ perfil longitudinal do curso d gua principal

Figura 2.15 Declividade do lveo

CCaappttuulloo

33

EElleemmeennttooss ddee HHiiddrroommeetteeoorroollooggiiaa

1. INTRODUO

A hidrologia de uma regio depende principalmente de seu clima e secundariamente de sua topografia

e geologia. A topografia influencia a precipitao, a ocorrncia de lagos, pntanos e a velocidade do

escoamento superficial. A geologia, alm de influenciar a topografia, define o local de armazenamento

da gua proveniente da precipitao, ou seja, na superfcie (rios e lagos) ou no subsolo (escoamento

subterrneo ou confinada em aqferos).

O clima de uma regio altamente dependente de sua posio geogrfica em relao superfcie

terrestre. Os fatores climticos mais importantes so a precipitao e o seu modo de ocorrncia,

umidade, temperatura e ventos, os quais diretamente afetam a evaporao e a transpirao. Neste

captulo sero abordados os trs ltimos, uma vez que precipitao se dedicar um captulo a parte.

2. UMIDADE

Existe sempre alguma gua, na forma de vapor, misturado com o ar por toda a atmosfera. A

condensao deste vapor que origina a maioria dos fenmenos do tempo: nuvens, chuva, neve,

nevoeiro, orvalho e etc., assim a compreenso do estudo do vapor dgua na atmosfera de grande

importncia para a hidrologia. A quantidade de vapor dgua no ar expressa-se simplesmente pela

relao peso/volume (ex.: gramas/m3)

Existe um limite para a quantidade de vapor dgua que um dado volume de ar pode suportar, e

quando esse limite alcanado, diz-se que o ar est saturado. O ar quente pode suportar mais vapor

do que o ar frio, para cada grau de elevao da temperatura, verifica-se, tambm um aumento do

contedo do vapor dgua para a saturao.

A presso atmosfrica decorre de uma composio de presses parciais exercidas pelos gases que a

constituem. A parcela de presso devida a presena do vapor dgua denominada presso de vapor dgua (e). Suponha uma superfcie de gua em evaporao, em um sistema fechado, envolta em ar. Notas de Aula Profa. Ticiana Marinho de Carvalho Studart

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12

1. INTRODUO

A hidrologia de uma regio depende principalmente de seu clima e secundariamente de sua topografia e geologia. A topografia influencia a precipitao, a ocorrncia de lagos, pntanos e a velocidade do escoamento superficial. A geologia, alm de influenciar a topografia, define o local de armazenamento da gua proveniente da precipitao, ou seja, na superfcie (rios e lagos) ou no subsolo (escoamento subterrneo ou confinada em aqferos).

O clima de uma regio altamente dependente de sua posio geogrfica em relao superfcie terrestre. Os fatores climticos mais importantes so a precipitao e o seu modo de ocorrncia, umidade, temperatura e ventos, os quais diretamente afetam a evaporao e a transpirao. Neste captulo sero abordados os trs ltimos, uma vez que precipitao se dedicar um captulo a parte.

2. UMIDADE

Existe sempre alguma gua, na forma de vapor, misturado com o ar por toda a atmosfera. A condensao deste vapor que origina a maioria dos fenmenos do tempo: nuvens, chuva, neve, nevoeiro, orvalho e etc., assim a compreenso do estudo do vapor dgua na atmosfera de grande importncia para a hidrologia. A quantidade de vapor dgua no ar expressa-se simplesmente pela relao peso/volume (ex.: gramas/m3)

Existe um limite para a quantidade de vapor dgua que um dado volume de ar pode suportar, e quando esse limite alcanado, diz-se que o ar est saturado. O ar quente pode suportar mais vapor do que o ar frio, para cada grau de elevao da temperatura, verifica-se, tambm um aumento do contedo do vapor dgua para a saturao.

A presso atmosfrica decorre de uma composio de presses parciais exercidas pelos gases que a constituem. A parcela de presso devida a presena do vapor dgua denominada presso de vapor dgua (e). Suponha uma superfcie de gua em evaporao, em um sistema fechado, envolta em ar.

Sob a ao de uma fonte de calor, a gua vai sendo evaporada at o estado de equilbrio, quando o ar est saturado de vapor e no pode mais absorv-lo. As molculas de vapor dgua exercero ento uma presso, denominada presso de saturao de vapor dgua (es), para determinada temperatura do sistema.

O valor de es muda com a temperatura como mostra a Figura 1.

Figura 3.1 Presso de saturao de vapor (Fonte: Varejo-Silva, 2001)

A Figura 3.1 mostra que ocorre com a parcela de ar P, com presso de vapor e e temperatura t.

Uma vez que o ponto P se encontra abaixo da curva de presso de saturao de vapor, est claro que a massa de ar pode absorver mais umidade. Teoricamente a saturao do ar pode se dar por trs processos bsicos:

1. Processo isotrmico a temperatura mantida constante e o vapor dgua incorporado ao ar para suprir sua deficincia de umidade (ds).

ds = es e (3.1)

2. Processo isobrico a presso conservada constante e o ar submetido a um resfriamento at interceptar a curva de saturao de vapor. Est temperatura corresponde a temperatura do ponto de orvalho (td).

3. Livre saturao se a gua evapora livremente dentro da massa de ar, a saturao atingida a presso e temperaturas diferentes das que tinha inicialmente, uma vez que a evaporao necessita de calor (calor latente de evaporao), que retirado do prprio ar. Assim a medida que a umidade e a presso aumentam, a temperatura diminui. O ponto P ir se mover na diagonal at atingir a curva de saturao a uma temperatura tw denominada de temperatura do bulbo mido.

2.1. Umidade Relativa

Em geral o ar no est saturado; contm apenas uma frao do vapor dgua possvel. Essa frao, expressa em percentagem, denominada umidade relativa (ur).

Tabela 3.1 Contedo de vapor dgua no ar em vrias umidades relativas (Fonte: Forsdyke, 1969)

Temperatura

Contedo de vapor dgua (g/m3)

59,3

34,0

18,7

9,8

4,9

40(C

100%

57%

31%

17%

8%

30(C

---

100%

55%

29%

14%

20(C

---

---

100%

52%

26%

10(C

---

---

---

100%

50%

0(C

---

---

---

---

100%

O Psicrmetro o instrumento empregado para a medio da umidade atmosfrica. Ele consiste de dois termmetros o de bulbo mido e o de bulbo seco.

Figura 3.2 Diagrama de um psicrmetro, mostrando o princpio do termmetro de bulbo mido.

(Fonte: Villela, 1975)

O valor de e para uma dada temperatura obtido pela equao:

(3.2)

Onde:

tw Temperatura do termmetro de bulbo mido

t Temperatura do termmetro de bulbo seco

ew Presso de vapor correspondente a temperatura tw (Tabela 3.2)

( Constante do psicrmetro (( = 0,6, se e (mb), t ((C) e velocidade do ar entre os bulbos de 3m/s e ( = 0,485 se e (mmHg) )

Tabela 3.2 Presso de saturao de vapor (es) em mmHg em funo da temperatura em (C.

t (o C)

es

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

-10

2.15

-9

2.32

2.30

2.29

2.27

2.26

2.24

2.22

2.21

2.19

2.17

-8

2.51

2.49

2.47

2.45

2.43

2.41

2.40

2.38

2.36

2.34

-7

2.71

2.69

2.67

2.65

2.63

2.61

2.59

2.57

2.55

2.53

-6

2.93

2.91

2.89

2.86

2.84

2.82

2.80

2.77

2.75

2.73

-5

3.16

3.14

3.11

3.09

3.06

3.04

3.01

2.99

2.97

2.95

-4

3.41

3.39

3.37

3.34

3.32

3.29

3.27

3.24

3.22

3.18

-3

3.67

3.64

3.62

3.59

3.57

3.54

3.52

3.49

3.46

3.44

-2

3.97

3.94

3.91

3.88

3.85

3.82

3.79

3.76

3.73

3.70

-1

4.26

4.23

4.20

4.17

4.14

4.11

4.08

4.05

4.03

4.00

-0

4.58

4.55

4.52

4.49

4.46

4.43

4.40

4.36

4.33

4.29

-------

-------

-------

-------

-------

-------

-------

-------

-------

-------

-------

0

4.58

4.62

4.65

4.69

4.71

4.75

4.78

4.82

4.86

4.89

1

4.92

4.96

5.00

5.03

5.07

5.11

5.14

5.18

5.21

5.25

2

5.29

5.33

5.37

5.40

5.44

5.48

5.53

5.57

5.60

5.64

3

5.68

5.72

5.76

5.80

5.84

5.89

5.93

6.97

6.01

6.06

4

6.10

6.14

6.18

6.23

6.27

6.31

6.36

6.40

6.45

6.49

5

6.54

6.58

6.54

6.68

6.72

6.77

6.82

6.86

6.91

6.96

6

7.01

7.06

7.11

7.16

7.20

7.25

7.31

7.36

7.41

7.46

7

7.51

7.56

7.61

7.67

7.72

7.77

7.82

7.88

7.93

7.98

8

8.04

8.10

8.15

8.21

8.26

8.32

8.37

8.43

8.48

8.54

9

8.61

8.67

8.73

8.78

8.84

8.90

8.96

9.02

9.08

9.14

10

9.20

9.26

9.33

9.39

9.46

9.52

9.58

9.65

9.71

9.77

11

9.84

9.90

9.97

10.03

10.10

10.17

10.24

10.31

10.38

10.45

12

10.52

10.58

10.66

10.72

10.79

10.86

10.93

11.00

11.08

11.15

13

11.23

11.30

11.38

11.75

11.53

11.60

11.68

11.76

11.83

11.91

14

11.98

12.06

12.14

12.22

12.96

12.38

12.46

12.54

12.62

12.70

15

12.78

12.86

12.95

13.03

13.11

13.20

13.28

13.37

13.45

13.54

16

13.63

13.71

13.80

13.90

13.99

14.08

14.17

14.26

14.35

14.44

17

14.53

14.62

14.71

14.80

14.90

14.99

15.09

15.17

15.27

15.38

18

15.46

15.56

15.66

15.76

15.96

15.96

16.06

16.16

16.26

16.36

19

16.46

16.57

16.68

16.79

16.90

17.00

17.10

17.21

17.32

17.43

20

17.53

17.64

17.75

17.86

17.97

18.08

18.20

18.31

18.43

18.54

21

18.65

18.77

18.88

19.00

19.11

19.23

19.35

19.46

19.58

19.70

22

19.82

19.94

20.06

20.19

20.31

20.43

20.58

20.69

20.80

20.93

23

21.05

21.19

21.32

21.45

21.58

21.71

21.84

21.97

22.10

22.23

24

22.27

22.50

22.63

22.76

22.91

23.05

23.19

23.31

23.45

23.60

25

23.75

23.90

24.03

24.20

24.35

24.49

24.64

24.79

25.08

25.09

26

25.31

25.45

25.60

25.74

25.89

26.03

26.18

26.32

26.46

26.60

27

26.74

26.90

27.05

27.21

27.37

27.53

27.69

27.85

28.00

28.16

28

28.32

28.49

28.66

28.83

29.00

29.17

29.34

29.51

29.68

29.85

29

30.03

30.20

30.38

30.56

30.74

30.92

31.10

31.28

31.46

31.64

30

31.82

32.00

32.19

32.38

32.57

32.76

32.95

33.14

33.33

33.52

Figura 3.3 Psicrmetro

A Figura 3.4 mostra o mapa da umidade relativa mdia anual no Brasil, medida pelo INMET, no perodo de 1930 a 1990 (Normais Climatolgicas).

Figura 3.4 Umidade relativa anual (Fonte: INMET(http://www.inmet.gov.br/produtos)

3. TEMPERATURA

Geograficamente, h uma tendncia de elevao de temperatura a medida que se aproxima do Equador. Verifica-se, entretanto, que a topografia e a vegetao pode comprometer este comportamento.

Durante o dia, a incidncia da radiao solar provoca o aquecimento da superfcie, que alcana sua temperatura mxima algumas horas aps o sol ter alcanado o seu znite. As camadas inferiores da atmosfera so aquecidas pela radiao de onda longa emitida pela superfcie terrestre.

Devido a diversos processos de troca de calor no sistema Terra-Atmosfera, existe uma distribuio de temperatura tambm segundo a direo vertical, conhecida como gradiente vertical de temperatura (-0,65(C/100m). O estudo desse gradiente importante para a influncia da estabilidade atmosfrica. Associados aos processos de evoluo do ar, so definidos trs gradientes tericos:

1. Gradiente de temperatura adiabtica seca ((d)

Parcela de ar ascendente

Expande-se devido ao decrscimo de presso

Temperatura decresce (-1(C/100m)

2. Gradiente de temperatura adiabtica saturada ((s)

Quando a parcela de ar em ascenso atinge o nvel de condensao, a presso continua decrescente.

Gradiente menor (-0,54(C/100m)

3. Gradiente de temperatura pseudo-adiabtico

Figura 3.4 Formas de precipitao. (Fonte: Raudikivi, 1979).

3.1. Estabilidade e Instabilidade Convectiva

Uma vez que ar aquecido decresce em densidade, ele tende a se tornar mais leve. Entretanto a superfcie terrestre no homognea e faz com que o ar seja aquecido de forma desigual, o que resulta no aparecimento de camadas de ar com diferentes densidades; surgem ento foras ascendentes que elevam o ar mais quente (mais leve) atravs do ar vizinho mais frio (mais denso).

Obviamente, o gradiente de temperatura dentro de uma camada atmosfrica diferente daqueles referentes a adiabtica seca e a adiabtica saturada. A relao entre o gradiente e a temperatura do ambiente atmosfrico (() e o gradiente da adiabtica seca que determina a umidade convectiva do ar. Seja, por hiptese, que uma partcula de ar seco em equilbrio trmico com o meio ambiente seja levada, por algum motivo, a uma altitude maior que a inicial. O movimento ascendente da partcula no modifica a estrutura da atmosfera circunvizinha. Como a parcela sob verticalmente, ela esfria a uma taxa (() (adiabtica seca), enquanto que a temperatura ambiente decresce a uma taxa ( ( ).

a) Se

:

( (parcela) ( (ambiente)

tparc < tamb mais frio, mais denso, parcela desce (estvel)

b) Se

:

( (ambiente) ( (parcela)

tparc > tamb mais quente, menos densa, parcela sobe (instvel)

Figura 3.5 Estabilidade e Instabilidade Convectiva (Fonte: VILLELA,1975)

Caso a parcela no esteja saturada, comear, no inicio a comportar-se como ar seco em ascenso ((d). Entretanto, em um dado momento, chegar temperatura de ponto de orvalho e passar a comporta-se como ar saturado ((s). A umidade que foi condensada do ar resfriado em ascenso torna-se visvel como nuvem, sendo a sua base representativa do nvel de condensao. O topo da nuvem continua a se desenvolver at alcanar uma camada estvel.

Figura 3.6 Nuvem cumulonimbus (Fonte: INMET)

4. Vento

O ar est em movimento e isto sentido como vento. Ele influencia processos hidrometeorolgicos, uma vez que, ao retirar a camada de ar saturado prxima ao solo e substitu-la por uma com menos umidade, faz com que o processo de evaporao seja contnuo.

So necessrios dois fatores para especificar o vento: direo e velocidade. Os instrumentos utilizados para medida destas grandezas so os anemmetros, que medem a velocidade do vento (em m/s) e, em alguns tipos, tambm a direo (em graus), e os anemgrafos, que registram continuamente a direo (em graus) e a velocidade instantnea do vento (em m/s), a distncia total (em km) percorrida pelo vento com relao ao instrumento e as rajadas (em m/s).

Figura 3.7 Anemmetro

Figura 3.8 Anemgrafo

Devido a sua posio em relao a circulao geral da atmosfera, o Nordeste tem vento prevalecentes do sudeste, que podem se tornar mais zonais de acordo com a poca do ano (estao chuvosa).

Figura 3.9 Direo mdia dos ventos de superfcie em janeiro. (Fonte: Raudikivi, 1979)

Figura 3.10 Campos de umidade relativa, movimento vertical (500mb) e campos de vento (200mb e 850mb) (Fonte: NMC/SAD).

Captulo

3

Hidr

hidrologia aplicada.pdf

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