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HIDROLOGIA APLICADA

arielali@ufu.br

Hidrologia como ciência� Estuda todos os processos de transporte de água dentro do

ciclo hidrológico

� Procura dar ferramentas para quantificar estes transportes

� Depende da compreensão científica de todos os fenômenos envolvidos

� Infelizmente são fenômenos complexos e poucas são as equações baseadas apenas em fenômenos físicos

� A maior parte das equações vieram de dados observados na natureza e tratados estatisticamente

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� IMPORTÂNCIA:� Dimensionamento de obras hidráulicas� Aproveitamento de recursos hídricos:

� aproveitamentos hidroelétricos (92% da energia produzida no país)� abastecimento urbano (75% da população do Brasil estão em áreas

urbanas)� irrigação � navegação� drenagem – estudo de precipitações, bacias de contribuição e nível

d´água nos cursos d´água� regularização de cursos d´água

� Controle de inundações� Controle e previsão de secas� Controle de poluição

Hidrologia como ciência

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CAPÍTULO 1 – O CICLO HIDROLÓGICO

Ciclo Hidrológico

� Se refere à movimentação da água pelos reservatórios oceânico, atmosférico e terrestre;

� É o processo no qual ocorre o fenômeno de autodepuração da água;

� Este ciclo ocorre devido a energia proveniente do sol.

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Ciclo Hidrológico

Ciclo Hidrológico

� O conceito de ciclo hidrológico está ligado ao movimento e à troca de água nos seus diferentes estados físicos, que ocorre na Hidrosfera, entre os oceanos, as calotas de gelo, as águas superficiais, as águas subterrâneas e a atmosfera.

� Este movimento permanente deve-se ao Sol, que fornece a energia para elevar a água da superfície terrestre para a atmosfera (evaporação), e à gravidade, que faz com que a água condensada se caia (precipitação)

� Uma vez na superfície, a água circula através de linhas de água que se reúnem em rios até atingir os oceanos (escoamento superficial) ou se infiltre nos solos e nas rochas, através dos seus poros, fissuras e fraturas (escoamento subterrâneo).

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Ciclo Hidrológico

� Nem toda a água precipitada alcança a superfície terrestre, já que uma parte, na sua queda, pode ser interceptada pela vegetação e volta a evaporar-se.

� A água que se infiltra no solo é sujeita a evaporação direta para a atmosfera ou é absorvida pela vegetação, que através da transpiração, a devolve à atmosfera. Este processo chamado evapotranspiração ocorre no topo da zona não saturada, ou seja, na zona onde os espaços entre as partículas de solo contêm tanto ar como água.

Ciclo Hidrológico

� A água que continua a infiltrar-se e atinge a zona saturada, entra na circulação subterrânea e contribui para um aumento da água armazenada (recarga dos aquíferos).

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Ciclo Hidrológico

� No entanto, a água subterrânea pode ressurgir à superfície (nascentes) e alimentar as linhas de água ou ser descarregada diretamente no oceano.

� A quantidade de água e a velocidade com que ela circula no ciclo hidrológico são influenciadas por diversos fatores como: a cobertura vegetal, altitude, topografia, temperatura, tipo de solo e geologia.

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Ciclo Hidrológico

� Classificação dos Cursos d’água:� PERENES: Contém água durante todo o tempo. O lençol

subterrâneo mantém uma alimentação contínua e não desce nunca abaixo do leito do curso d’água, mesmo nas secas mais severas

� INTERMITENTES: Escoam durante as estações de chuvas e secam nas de estiagem. Na época da estiagem o lençol se encontro em um nível inferior ao do leito

� EFÊMERO: Existem apenas durante ou imediatamente após os períodos de precipitação e só transportam escoamento superficial. A superfície freática encontra-se sempre em um nível inferior ao do leito fluvial. Não há possibilidade de escoamento subterrâneo.

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Balanço Hídrico

� O balanço hídrico nada mais é do que o computo das entradas e saídas de água de um sistema.

� Várias escalas espaciais podem ser consideradas para se contabilizar o balanço hídrico.

� Na escala macro, o “balanço hídrico” é o próprio “ciclo hidrológico”, cuja resultado nos fornecerá a água disponível no sistema (no solo, rios, lagos, vegetação úmida e oceanos), ou seja na biosfera.

Balanço Hídrico

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Balanço Hídrico

Balanço Hídrico

� A chuva representa a principal entrada de água em um sistema, ao passo que a contribuição do orvalho só assume papel importante em regiões muito áridas, sendo assim desprezível.

� As entradas de água pela ascensão capilar também são muito pequenas e somente ocorrem em locais com lençol freático superficial e em períodos muito secos. Mesmo assim, a contribuição dessa variável é pequena, sendo também desprezível.

� Já os fluxos horizontais de água (Ri, Ro, DLi e DLo), para áreas homogêneas, se compensam, portanto, anulando-se. A ET é a principal saída de água do sistema, especialmente nos períodos secos, ao passo que DP constitui-se em outra via de saída de água do volume controle de solo nos períodos excessivamente chuvosos.

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Balanço Hídrico

Balanço Hídrico

� BALANÇO HÍDRICO DE LONGO PRAZO:

� onde P é a chuva média anual; E é a evapotranspiração média anual e Q é o escoamento médio anual.

� Intervalos de tempo longos (como um ano ou mais) � variação de armazenamento pode ser desprezada na maior parte das bacias

QEP +=

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Balanço Hídrico

� EXEMPLO:� Qual seria a vazão de saída de uma bacia

completamente impermeável, com área de 60km2, sob uma chuva constante à taxa de 10 mm.hora-1?

� Cada 10mm de chuva sobre a bacia de 60km2 � volume total de 600.000 m3 lançados sobre a bacia

� A bacia é impermeável � toda a água deve sair pelo exutório a uma vazão constante de 167 m3.s-1.

Balanço Hídrico

� COEFICIENTE DE ESCOAMENTO:

� O coeficiente de escoamento tem, teoricamente, valores entre 0 e 1. Na prática os valores vão de 0,05 a 0,5 para a maioria das bacias.

P

QC =

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Balanço Hídrico

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

km2 m3/s m3/s m3/s mm mm mm ChuvaAmazonas - Total 6112000 493491 202000 291491 2546 1042 1504 41Amazonas- Brasil 3884191 277000 128900 139640 2249 1047 1134 47Tocantins 757000 42387 11300 31087 1766 471 1295 27Atlântico Norte 242000 16388 6000 10388 2136 782 1354 37Atlântico Nordeste 787000 27981 3130 24851 1121 125 996 11São Francisco 634000 19829 3040 16789 986 151 835 15Atlântico Leste (1) 242000 7784 670 7114 1014 87 927 9Atlântico Leste (2) 303000 11791 3710 8081 1227 386 841 31Paraná 877000 39935 11200 28735 1436 403 1033 28Paraguai 368000 16326 1340 14986 1399 115 1284 8Uruguai 178000 9589 4040 5549 1699 716 983 42Atlântico - Sul 224000 10519 4570 5949 1481 643 838 43Brasil - Amazonas Total 10724000 696020 251000 445020 2047 738 1309 36Brasil - Amazonas Parcial 8496191 479529 177900 293169 1780 660 1088 37(1) Do Japaratuba (SE) ao Pardo (BA)(1) Do Jequitinhonha (MG/BA) ao Paraíba do Sul ( SP/MG/RJ)

Exercícios

1) A região da bacia hidrográfica do rio Taquarirecebe precipitações médias anuais de 1600 mm.Em Muçum (RS) há um local em que são medidasas vazões deste rio e uma análise de uma sériede dados diários ao longo de 30 anos revela que avazão média do rio é de 340 m3.s-1.

Considerando que a área da bacia neste local éde 15.000 Km2, qual é a evapotranspiração médiaanual nesta bacia?

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Balanço Hídrico

2) Qual é o coeficiente de escoamento de longo prazo do exercício anterior?

Balanço Hídrico

3) Uma barragem irá abastecer uma cidade de 100.000 habitantes e uma área irrigada de 5.000 ha. Verificar, através de um balanço hídrico anual, se o local escolhido para a barragem tem condições de atender à demanda quando esta foi construída.

- Área da Bacia (Ab): 300 km²- Preciptação médica anual (Pm): 1.300 mm/ano- Evapotranspiração Total (ET) para situação com a barragem pronta: 1.000 mm/ano- Demanda da cidade: 150 L/hab x dia- Demanda da área irrigada: 9.000 m³/ha x ano

1 ha = 104 m²